Technisches GebietTechnical area
Thermoelektrische Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Wärme, insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug, mit mindestens einem ersten thermoelektrisches Modul, welches eine erste Oberfläche aufweist und eine zweite der ersten Oberfläche gegenüberliegend angeordnete Oberfläche aufweist, mit einem ersten Strömungskanal für ein erstes Fluid und einem zweiten Strömungskanal für ein zweites Fluid, wobei zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid eine Temperaturdifferenz besteht.Thermoelectric device for generating electrical energy from heat, in particular for use in a motor vehicle, having at least one first thermoelectric module, which has a first surface and a second surface opposite the first surface, with a first flow channel for a first fluid and a second flow passage for a second fluid, wherein there is a temperature difference between the first fluid and the second fluid.
Stand der TechnikState of the art
In Kraftfahrzeugen wird ein Großteil der im Brennstoff gebunden Energie in Wärme umgesetzt. Diese wird neben der Nutzung zur Erwärmung zum Beispiel des Innenraums auch teilweise ungenutzt durch das Abgas wieder abgegeben.In motor vehicles, most of the energy bound in the fuel is converted into heat. This is in addition to the use of heating, for example, the interior and partially released unused by the exhaust again.
Dies beeinflusst den Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugs negativ. Um den Wirkungsgrad zu erhöhen und damit die CO2-Emissionen im Betrieb zu senken ist es erstrebenswert die im Abgas gebundene Energie nutzbar zu machen.This negatively affects the overall efficiency of the vehicle. In order to increase the efficiency and thus to reduce the CO 2 emissions during operation, it is desirable to harness the energy bound in the exhaust gas.
Um dies zu erreichen ist der Einsatz von thermoelektrischen Vorrichtungen notwendig. Diese thermoelektrischen Vorrichtungen weisen thermoelektrisch aktive Materialien auf, die es erlauben elektrische Energie zu erzeugen. Hierzu müssen die thermoelektrischen Materialien über ihre Materialstärke einer Temperaturdifferenz ausgesetzt werden.To achieve this, the use of thermoelectric devices is necessary. These thermoelectric devices have thermoelectrically active materials that allow electrical energy to be generated. For this purpose, the thermoelectric materials must be exposed to a temperature difference over their material thickness.
Als heiße Quelle bietet sich insbesondere im Kraftfahrzeug der Abgasstrang an. Die Abgastemperaturen liegen über den gesamten Abgasstrang genügend hoch, so dass eine Thermoelektrische Vorrichtung an theoretisch jeder Stelle in den Abgasstrang integriert werden kann.As a hot spring, in particular in the motor vehicle, the exhaust gas line offers. The exhaust gas temperatures are sufficiently high over the entire exhaust line, so that a thermoelectric device can theoretically be integrated into the exhaust system at any point.
Als kalte Quelle bietet sich zum Beispiel ein Kühlmittelstrom des Fahrzeuges an. Hierzu kann entweder ein bereits vorhandener Kühlmittelkreislauf erweitert werden, oder nötigenfalls ein weiterer Kreislauf integriert werden.As a cold source, for example, offers a coolant flow of the vehicle. For this purpose, either an already existing coolant circuit can be extended, or if necessary, a further circuit can be integrated.
Die Druckschriften EP 1230475B1 , EP 1475532A2 , WO 2007026432 , JP 10281015AA , JP 2000282960AA , JP 2004068608AA , JP 2005083251AA oder JP 2005117836AA offenbaren zwar Ansätze unter Verwendung einer solchen Thermoelektrischen Vorrichtung, jedoch sind diese Anwendungen wenig effizient auf Grund nachteiliger Anbindung der thermoelektrischen Module an einen Wärmeübertrager.The pamphlets EP 1230475B1 . EP 1475532A2 . WO 2007026432 . JP 10281015AA . JP 2000282960AA . JP 2004068608AA . JP 2005083251AA or JP 2005117836AA While disclosing approaches using such a thermoelectric device, these applications are less efficient due to adverse attachment of the thermoelectric modules to a heat exchanger.
Weiterhin sind Konzepte bekannt wie etwa in der DE 10 2009 058 676 A1 wo die thermoelektrische Vorrichtung als Kreuzstromwärmeübertrager aufgebaut ist. In einer solchen Bauform ist insbesondere die Gestaltung der Anbindung der thermoelektrisch aktiven Materialien an die beiden das Material umströmenden Fluiden aufwendig. Außerdem gestaltet sich die elektrische Anbindung der thermoelektrisch aktiven Materialien schwierig, da sie in der vorgestellten Bauform stets mit mindestens einem der Fluide in Kontakt stehen.Furthermore, concepts are known, such as in the DE 10 2009 058 676 A1 where the thermoelectric device is constructed as a cross-flow heat exchanger. In such a design, in particular the design of the connection of the thermoelectrically active materials to the two fluids flowing around the material is complicated. In addition, the electrical connection of the thermoelectrically active materials designed difficult because they are always in the proposed design in contact with at least one of the fluids.
Nachteilig am Stand der Technik sind somit insbesondere die schlechte thermische Anbindung der thermoelektrisch aktiven Materialien an die heiße und kalte Wärmequelle, die elektrische Kontaktierung der thermoelektrisch aktiven Materialien durch eines der beiden Fluide, sowie die praktikable Integration der thermoelektrisch aktiven Materialien in einen Wärmeübertrager.Disadvantages of the prior art are thus, in particular, the poor thermal connection of the thermoelectrically active materials to the hot and cold heat source, the electrical contacting of the thermoelectrically active materials by one of the two fluids, and the practicable integration of the thermoelectrically active materials in a heat exchanger.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine thermoelektrische Vorrichtung bereitzustellen, der eine optimierte Anbindung der thermoelektrischen Materialien an die heiße und die kalte Quelle ermöglicht. Außerdem soll die thermoelektrische Vorrichtung einen optimierten Wärmeübergang vom heißen auf das kältere Fluid gestatten. Die elektrische Anbindung der thermoelektrisch aktiven Materialien soll zudem optimiert werden, so dass die elektrische Anbindung nicht mehr durch oder in einem der beiden Fluide erfolgen muss.It is the object of the invention to provide a thermoelectric device which allows an optimized connection of the thermoelectric materials to the hot and the cold source. In addition, the thermoelectric device should allow an optimized heat transfer from the hot to the colder fluid. The electrical connection of the thermoelectrically active materials should also be optimized, so that the electrical connection no longer has to be done by or in one of the two fluids.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine thermoelektrische Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Wärme mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object of the present invention is achieved by a thermoelectric device for generating electrical energy from heat with the features according to claim 1. Advantageous developments of the present invention are described in the subclaims.
Vorteilhaft ist eine thermoelektrische Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Wärme, insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug, mit mindestens einem ersten thermoelektrisches Modul, welches eine erste Oberfläche aufweist und eine zweite der ersten Oberfläche gegenüberliegend angeordnete Oberfläche aufweist, mit einem ersten Strömungskanal für ein erstes Fluid und einem zweiten Strömungskanal für ein zweites Fluid, wobei zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid eine Temperaturdifferenz besteht, wobei die erste Oberfläche mit dem ersten Strömungskanal in thermisch leitender Verbindung steht und die zweite Oberfläche mit dem zweiten Strömungskanal in thermisch leitender Verbindung steht, wobei der erste Strömungskanal an einem seiner Enden mit einem ersten Sammler in Fluidkommunikation steht und mit seinem anderen Ende mit einem zweiten Sammler in Fluidkommunikation steht und der zweite Strömungskanal mit einem seiner Enden mit einem dritten Sammler in Fluidkommunikation steht und mit seinem anderen Ende mit einem vierten Sammler in Fluidkommunikation steht.Advantageously, a thermoelectric device for generating electrical energy from heat, in particular for use in a motor vehicle, having at least a first thermoelectric module, which has a first surface and a second of the first surface oppositely disposed surface having a first flow channel for a a first fluid and a second flow channel for a second fluid, wherein between the first fluid and the second fluid, a temperature difference, wherein the first surface is in thermal communication with the first flow channel and the second surface is in thermal communication with the second flow channel wherein the first flow channel is in fluid communication with a first header at one end thereof and at a second end with a second header Collector is in fluid communication and the second flow channel is in fluid communication with one of its ends with a third collector in fluid communication with its other end with a fourth collector.
Durch den thermisch leitenden Kontakt des thermoelektrischen Moduls mit dem ersten Strömungskanal, welcher von einem ersten Fluid durchströmbar ist und dem zweiten Strömungskanal der mit einem zweiten Fluid durchströmbar ist und die zwischen den Fluiden vorherrschende Temperaturdifferenz entsteht am thermoelektrischen Modul ein Temperaturgefälle. Das thermoelektrische Modul kann aus diesem Temperaturgefälle unter Ausnutzung des Seebeck-Effekts elektrische Energie erzeugen. Mit steigender Temperaturdifferenz zwischen den Fluiden steigt die mögliche Energieausbeute durch das thermoelektrische Modul.By the thermally conductive contact of the thermoelectric module with the first flow channel, which is traversed by a first fluid and the second flow channel which can be traversed by a second fluid and the temperature difference prevailing between the fluids, a temperature gradient arises at the thermoelectric module. The thermoelectric module can generate electrical energy from this temperature gradient by utilizing the Seebeck effect. As the temperature difference between the fluids increases, the potential energy yield from the thermoelectric module increases.
Hierbei sei erwähnt, dass die die thermoelektrischen Materialien, welche die thermoelektrischen Module bilden auch ein zusätzliches Gehäuse aufweisen können. Dieses kann in bevorzugter Weise aus einem keramischen oder einem metallischen Werkstoff bestehen.It should be noted that the thermoelectric materials which form the thermoelectric modules can also have an additional housing. This may preferably consist of a ceramic or a metallic material.
Als thermoelektrisches Material können unter anderem Telluride, Skutterudidte, Silizide oder Half-Heusler-Materialien eingesetzt werden. Die konkrete Auswahl eines der Materialien sollte dabei am gewählten Anwendungszweck ausgerichtet werden.Telluride, skutterudidte, silicides or half-Heusler materials can be used as thermoelectric material, among others. The concrete selection of one of the materials should be aligned with the chosen application.
Um eine elektrische Isolation der Strömungskanäle zu erreichen, können diese keramisch, etwa durch Aluminiumoxid oder Siliziumoxid beschichtet werden. Eine elektrische Isolation der Strömungskanäle ist insbesondere für den Anwendungsfall, bei dem die thermoelektrischen Materialien nicht von einem zusätzlichen Gehäuse umschlossen sind von Vorteil, da durch die zusätzliche elektrische Isolationsschicht die thermoelektrischen Materialien, bzw. die Leiterbrücken, über die die thermoelektrischen Module kontaktiert sind direkt an die Strömungskanäle angebunden werden können.In order to achieve an electrical insulation of the flow channels, they can be ceramic coated, such as by alumina or silica. An electrical insulation of the flow channels is particularly for the application in which the thermoelectric materials are not enclosed by an additional housing advantageous since the additional electrical insulation layer, the thermoelectric materials, or the conductor bridges over which the thermoelectric modules are contacted directly to the flow channels can be connected.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn der erste und der zweite Strömungskanal im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Die parallele Anordnung der Strömungskanäle zueinander ermöglicht es die thermoelektrischen Module so zu positionieren, dass sowohl die erste als auch die zweite Fläche des thermoelektrischen Moduls eine möglichst große Kontaktfläche zu den Strömungskanälen aufweisen. Hierdurch kann der Wärmeübergang optimal stattfinden.It is also advantageous if the first and second flow channels are arranged substantially parallel to one another. The parallel arrangement of the flow channels to one another makes it possible to position the thermoelectric modules so that both the first and the second surface of the thermoelectric module have the largest possible contact surface with the flow channels. As a result, the heat transfer can take place optimally.
In einer alternativen Ausführungsform ist es zu bevorzugen, wenn der erste und der zweite Sammler mit einen ersten Fluidkreislauf welcher von dem ersten Fluid durchströmbar ist in Fluidkommunikation steht und der dritte und der vierte Sammler mit einem zweiten Fluidkreislauf welcher von dem zweiten Fluid durchströmbar ist in Fluidkommunikation steht.In an alternative embodiment, it is preferable for the first and second collectors to be in fluid communication with a first fluid circuit through which the first fluid can flow, and the third and fourth collectors to be in fluid communication with a second fluid circuit through which the second fluid can flow stands.
Durch die Anbindung an zwei unterschiedliche Fluidkreisläufe ist die Möglichkeit gegeben zwei unterschiedliche Fluide durch den einen und den anderen Fluidkreislauf strömen zu lassen. Dies ermöglicht es die Temperaturdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid möglichst groß zu halten, indem zum Beispiel eines der Fluide ein heißes Fluid wie etwa das Abgas eines Verbrennungsmotors ist und das andere Fluid ein im Verhältnis zum ersten Fluid kaltes Fluid, wie etwa ein Kühlmittel aus einem Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors ist.The connection to two different fluid circuits gives the possibility to flow two different fluids through one and the other fluid circuit. This makes it possible to keep the temperature difference between the first and second fluid as large as possible, for example, by one of the fluids is a hot fluid such as the exhaust gas of an internal combustion engine and the other fluid is a cold relative to the first fluid fluid, such as a coolant from a coolant circuit of the internal combustion engine.
Weiterhin ist es zu bevorzugen, wenn der erste und der zweite Sammler in einem ersten Bauteil realisiert sind und/oder der dritte und vierte Sammler in einem zweiten Bauteil realisiert sind.Furthermore, it is preferable if the first and second collectors are realized in a first component and / or the third and fourth collectors are realized in a second component.
Hierbei bedeutet in einem Bauteil realisiert, das Vorhandensein von zwei unabhängigen Sammlern in einem Bauteil, wie zum Beispiel in einem Bauteil, das ein Volumen einschließt, wobei das innere Volumen durch eine Trennwand in ein erstes Volumen und ein zweites Volumen unterteilt ist, wobei die Volumen nicht in direkter Fluidkommunikation miteinander stehen. So könnten ein erster und ein zweiter Sammler in nur einen Bauteil realisiert sein. Durch die Integration von zwei Sammlern in nur ein Bauteil kann unter Umständen die konstruktive Auslegung der gesamten thermoelektrischen Vorrichtung vereinfacht werden.Herein, in one component, means the presence of two independent collectors in one component, such as a component that encloses a volume, wherein the internal volume is divided by a dividing wall into a first volume and a second volume, wherein the volumes not in direct fluid communication with each other. Thus, a first and a second collector could be realized in only one component. The integration of two collectors in only one component can possibly simplify the structural design of the entire thermoelectric device.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn das erste thermoelektrische Modul elektrische Kontakte aufweist, die außerhalb des durchströmbaren Bereichs des ersten und des zweiten Strömungskanals verläuft.Moreover, it is advantageous for the first thermoelectric module to have electrical contacts which run outside the area through which the first and the second flow passages can flow.
Dies ist besonders vorteilhaft, da dadurch keine zusätzliche Isolation der Kontaktstellen gegen die beiden in den Strömungskanälen strömenden Fluiden notwendig ist. In einigen im Stand der Technik bekannten Lösungen sind die thermoelektrischen Module so angeordnet, dass sie vollständig in einem der Fluide eingebettet sind. Durch den Verzicht auf eine zusätzliche Isolation gegen die strömenden Fluide werden Kosten minimiert und die Lebensdauer der thermoelektrischen Module erhöht.This is particularly advantageous, as it requires no additional insulation of the contact points against the two fluids flowing in the flow channels. In some solutions known in the art, the thermoelectric modules are arranged to be completely embedded in one of the fluids. By dispensing with additional insulation against the flowing fluids, costs are minimized and the service life of the thermoelectric modules is increased.
Außerdem ist dies vorteilhaft, da hierdurch die Kontakte der thermoelektrischen Module in radialer Richtung kontaktiert werden können, wohingegen die die Fluide die thermoelektrische Vorrichtung axial durchströmen. Es besteht somit keine Einschränkung hinsichtlich der Kontaktierung der thermoelektrischen Module durch Zu- und Ableitungen der Fluide.In addition, this is advantageous because it allows the contacts of the thermoelectric modules can be contacted in the radial direction, whereas the fluids flow through the thermoelectric device axially. There is thus no restriction with regard to the contacting of the thermoelectric modules by supply and discharge of the fluids.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der erste Strömungskanal eine erste Aussparung aufweist und/oder der zweite Strömungskanal eine zweite Aussparung aufweist in welche das thermoelektrische Modul mit seiner ersten Oberfläche und/oder seiner zweiten Oberfläche fluiddicht einsetzbar ist.It is also advantageous if the first flow channel has a first recess and / or the second flow channel has a second recess into which the thermoelectric module with its first surface and / or its second surface is fluid-tight.
Durch eine Anbindung eines der thermoelektrischen Module direkt an einer Aussparung eines der Strömungskanäle, kann das thermoelektrische Modul direkt in Kontakt mit dem strömenden Fluid gebracht werden. Der Wärmeübergang kann hierdurch erhöht werden, da der Wärmeübergang durch die Wandung der Strömungskanäle entfällt.By connecting one of the thermoelectric modules directly to a recess of one of the flow channels, the thermoelectric module can be brought directly into contact with the flowing fluid. The heat transfer can be increased thereby, since the heat transfer through the wall of the flow channels is eliminated.
Außerdem ist es zu bevorzugen, wenn das erste thermoelektrische Modul mit dem ersten Strömungskanal und dem zweiten Strömungskanal verklebt und/oder verlötet und/oder verschweißt und/oder verpresst und/oder heißgepresst und/oder versintert und/oder druckgesintert und/oder verspannt ist.Moreover, it is preferable if the first thermoelectric module is bonded and / or soldered and / or welded and / or pressed and / or hot-pressed and / or sintered and / or pressure-sintered and / or braced with the first flow channel and the second flow channel.
Eine Vielzahl von Verbindungsverfahren kann hier vorteilhaft eingesetzt werden, um das thermoelektrische Modul zwischen den Strömungskanälen in seiner vorgegebenen Position zu fixieren. Hierzu können entweder dauerhafte Verbindungen oder wieder lösbare Verbindungen genutzt werden. Durch eine hohe Flächenpressung zwischen den thermoelektrischen Modulen und den Strömungskanälen kann der Wärmeübergang weiter optimiert werden. Die Fixierung der thermoelektrischen Module ist insbesondere auch im Hinblick auf den Einsatz in einer Anwendung in einem Kraftfahrzeug besonders vorteilhaft, da hier im Betrieb mit starken Erschütterungen zu rechnen ist. Die Lebensdauer ist durch eine stabile Auslegung deutlich erhöhbar.A variety of connection methods can be advantageously used here to fix the thermoelectric module between the flow channels in its predetermined position. For this purpose, either permanent connections or detachable connections can be used. By a high surface pressure between the thermoelectric modules and the flow channels, the heat transfer can be further optimized. The fixation of the thermoelectric modules is particularly advantageous, particularly with regard to use in an application in a motor vehicle, since it is to be expected in operation with strong vibrations. The lifetime is significantly increased by a stable design.
In einer alternativen Ausführungsform ist es zu bevorzugen, wenn das erste thermoelektrische Modul mit dem ersten Strömungskanal und dem zweiten Strömungskanal verbindbar ist und die Anordnung von einem Gehäuse umfassbar ist. Wobei weiterhin das Gehäuse mit einem expandierenden Schaum befüllbar ist.In an alternative embodiment, it is preferable if the first thermoelectric module can be connected to the first flow channel and the second flow channel and the arrangement of a housing can be included. Furthermore, the housing can be filled with an expanding foam.
Durch ein die Anordnung umfassendes Gehäuse kann ein zusätzlicher Schutz der Anordnung gegen störende Einflüsse von außen erreicht werden. Ein Gehäuse kann die Anordnung etwa vor Schlägen und dem Eindringen von Fremdobjekten schützen. Durch das Befüllen des Gehäuses mit einem expandierenden Schaum können die Komponenten der thermoelektrischen Vorrichtung zusätzlich in ihrer vorbestimmten Position fixiert werden. Zusätzlich kann durch den expandierenden Schaum eine Entkopplung von störenden Schwingungseinflüssen erreicht werden.By a housing comprising the arrangement, an additional protection of the arrangement against disturbing influences from the outside can be achieved. For example, a case can protect the assembly from knocks and intrusion of foreign objects. By filling the housing with an expanding foam, the components of the thermoelectric device can be additionally fixed in its predetermined position. In addition, a decoupling of disturbing vibration influences can be achieved by the expanding foam.
Auch kann durch den expandierenden Schaum eine zusätzliche thermische Isolierung der thermoelektrischen Vorrichtung erfolgen, was sich vorteilhaft auf die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Fluiden auswirken kann.Also can be done by the expanding foam additional thermal insulation of the thermoelectric device, which can advantageously affect the temperature difference between the two fluids.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der erste Strömungskanal und/oder der zweite Strömungskanal im Inneren Rippen und/oder Turbulenzeinlagen aufweisen. Durch Rippen und/oder Turbulenzeinlagen kann die Verwirbelung innerhalb der Strömungskanäle erhöht werden, was zu einem verbesserten Wärmeübergang führen kann. Außerdem kann die Kontaktzeit des vorbeiströmenden Mediums mit der Oberfläche des Strömungskanals, oder der Oberfläche des thermoelektrischen Moduls durch gezielte Verwirbelungen erhöht werden, was den Wärmeübergang ebenfalls positiv beeinflusst.Furthermore, it is advantageous if the first flow channel and / or the second flow channel have inside ribs and / or turbulence inserts. By ribs and / or turbulence inserts, the turbulence can be increased within the flow channels, which can lead to improved heat transfer. In addition, the contact time of the flowing medium with the surface of the flow channel, or the surface of the thermoelectric module can be increased by targeted turbulence, which also positively influences the heat transfer.
Auch ist es zu bevorzugen, wenn der erste Strömungskanal und/oder der zweite Strömungskanal im Wesentlichen eine Umlenkung der Strömungsrichtung erfahren.It is also preferable if the first flow channel and / or the second flow channel essentially undergo a deflection of the flow direction.
Durch eine Umlenkung der Strömungsrichtung, insbesondere um 180° in der gleichen Ebene ist es möglich die Strömungskanäle des ersten und des zweiten Fluids so anzuordnen, dass die Überdeckung der Strömungskanäle auf einer gegebenen für die thermoelektrische Vorrichtung zu Verfügung stehenden Grundfläche erhöht wird, wodurch sich mehr thermoelektrische Module auf der gegebenen Grundfläche zwischen den Strömungskanälen anordnen ließen und wodurch weiterhin insbesondere der Wärmeübergang verbessert werden würde.By a deflection of the flow direction, in particular by 180 ° in the same plane, it is possible to arrange the flow channels of the first and second fluid so that the coverage of the flow channels is increased on a given available for the thermoelectric device base, resulting in more thermoelectric modules could be arranged on the given base between the flow channels and which in particular the heat transfer would be improved.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die thermoelektrische Vorrichtung eine Mehrzahl von Strömungskanälen aufweist welche von dem ersten Fluid durchströmbar sind und eine Mehrzahl von Strömungskanälen aufweist, die von dem zweiten Fluid durchströmbar sind, mit einer Mehrzahl von thermoelektrischen Modulen die jeweils zwischen einem von dem ersten Fluid durchströmbaren Strömungskanal und einem von dem zweiten Fluid durchströmbaren Strömungskanal angeordnet sind.Furthermore, it is advantageous if the thermoelectric device has a plurality of flow channels through which the first fluid can flow and has a plurality of flow channels through which the second fluid can flow, with a plurality of thermoelectric modules each between one of the first fluid flow-through flow channel and a flow-through of the second fluid flow channel are arranged.
Durch eine Erhöhung der Anzahl der Strömungskanäle und der einsetzbaren thermoelektrischen Module kann die Gesamtenergieausbeute der thermoelektrischen Vorrichtung erhöht werden.By increasing the number of flow channels and the insertable thermoelectric modules, the total energy yield of the thermoelectric device can be increased.
Weiterhin sei erwähnt, dass sich die thermoelektrische Vorrichtung auch in einer alternativen Betriebsart verwenden lässt. Anstelle durch eine Temperaturdifferenz am thermoelektrischen Modul elektrische Energie zu erzeugen, lässt sich der Prozess auch umkehren. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an die thermoelektrischen Module kann Wärme vom Fluid mit der kälteren Temperatur in das Fluid mit der wärmeren Temperatur gepumpt werden. Diese Anwendung folgt dem Prinzip des Peltier-Effektes.It should also be mentioned that the thermoelectric device can also be used in an alternative operating mode. Instead of generating electrical energy by a temperature difference at the thermoelectric module, the process can be also turn back. By applying an electrical voltage to the thermoelectric modules, heat can be pumped from the fluid at the colder temperature to the fluid at the warmer temperature. This application follows the principle of the Peltier effect.
So ist es möglich die Temperatur eines Mediums zu erhöhen und die des anderen Mediums zu senken. Für den Wärmeübergang werden keine beweglichen Teile oder Mechaniken benötigt.So it is possible to increase the temperature of one medium and to lower that of the other medium. For the heat transfer no moving parts or mechanics are needed.
Die erfindungsgemäße thermoelektrische Vorrichtung kann in seinem Aufbau unverändert für diese Anwendung herangezogen werden. Lediglich eine zusätzliche Stromquelle, über welche die thermoelektrischen Module bestromt werden ist notwendig.The thermoelectric device according to the invention can be used in its structure unchanged for this application. Only an additional power source, via which the thermoelectric modules are energized is necessary.
Vorteilhaft ist diese Anwendung insbesondere deshalb, da sich durch den Einsatz von thermoelektrischen Heizern, was die Erfindung in der hier beschriebenen Verwendung darstellt, COP-Werte von größer 1 realisieren lassen.This application is advantageous, in particular, since COP values of greater than 1 can be achieved by the use of thermoelectric heaters, which is the invention in the use described here.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail on the basis of at least one embodiment with reference to the drawings. Show it:
1 eine Schnittansicht eines thermoelektrisches Moduls, 1 a sectional view of a thermoelectric module,
2 eine Schnittansicht eines thermoelektrischen Moduls positioniert zwischen zwei Strömungskanälen, 2 a sectional view of a thermoelectric module positioned between two flow channels,
3 eine Schnittansicht eines thermoelektrischen Moduls positioniert zwischen zwei Strömungskanälen, 3 a sectional view of a thermoelectric module positioned between two flow channels,
4 eine Schnittansicht eines thermoelektrischen Moduls positioniert zwischen zwei Strömungskanälen mit Ausschnitten in den Strömungskanälen, 4 a sectional view of a thermoelectric module positioned between two flow channels with cutouts in the flow channels,
5 eine Schnittansicht eines thermoelektrischen Moduls positioniert zwischen zwei Strömungskanälen mit zusätzlichen Distanzelementen zwischen den Strömungskanälen, 5 a sectional view of a thermoelectric module positioned between two flow channels with additional spacer elements between the flow channels,
6 eine Schnittansicht einer thermoelektrischen Vorrichtung, mit mehreren Strömungskanälen und thermoelektrischen Modulen die innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind, 6 a sectional view of a thermoelectric device, with a plurality of flow channels and thermoelectric modules which are arranged within a housing,
7a bis h unterschiedliche Ausführungsformen für erfindungsgemäße Strömungskanäle, 7a to h different embodiments for flow channels according to the invention,
8 und 9 eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Ausführungsformen einer thermoelektrischen Vorrichtung, 8th and 9 a sectional view through an inventive embodiments of a thermoelectric device,
10a eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung, 10a a perspective view of a thermoelectric device according to the invention,
10b eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung, 10b a plan view of a thermoelectric device according to the invention,
10c eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung, 10c a sectional view through a thermoelectric device according to the invention,
11a eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung, 11a a perspective view of a thermoelectric device according to the invention,
11b eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße thermoelektrische Vorrichtung, 11b a plan view of a thermoelectric device according to the invention,
11c eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäßen thermoelektrische Vorrichtung, 11c a sectional view through a thermoelectric device according to the invention,
11d eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäße thermoelektrische Vorrichtung, 11d a plan view of a thermoelectric device according to the invention,
11e eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße thermoelektrische Vorrichtung, 11e a sectional view through a thermoelectric device according to the invention,
11f eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße thermoelektrische Vorrichtung, 11f a sectional view through a thermoelectric device according to the invention,
12a eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung, 12a a perspective view of a thermoelectric device according to the invention,
12b eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße thermoelektrische Vorrichtung, 12b a plan view of a thermoelectric device according to the invention,
12c eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße thermoelektrische Vorrichtung, 12c a sectional view through a thermoelectric device according to the invention,
13a eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung, 13a a perspective view of a thermoelectric device according to the invention,
13b eine Aufsicht und eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung, 13b a plan view and a sectional view of a thermoelectric device according to the invention,
14a eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung, 14a a perspective view of a thermoelectric device according to the invention,
14b eine Aufsicht und zwei Schnittansichten einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung, 14b a plan view and two sectional views of a thermoelectric device according to the invention,
15a eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung, 15a a perspective view of a thermoelectric device according to the invention,
15b eine Aufsicht und eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung, 15b a plan view and a sectional view of a thermoelectric device according to the invention,
16a eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung, 16a a perspective view of a thermoelectric device according to the invention,
16b eine Aufsicht und eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung, 16b a plan view and a sectional view of a thermoelectric device according to the invention,
17a eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung, 17a a perspective view of a thermoelectric device according to the invention,
17b eine Aufsicht und eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung, 17b a plan view and a sectional view of a thermoelectric device according to the invention,
17c eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung, 17c a perspective view of a thermoelectric device according to the invention,
18a eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung und 18a a perspective view of a thermoelectric device according to the invention and
18b eine Aufsicht und eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung. 18b a plan view and a sectional view of a thermoelectric device according to the invention.
bevorzugte Ausführung der Erfindungpreferred embodiment of the invention
Die 1 zeigt eine Schnittansicht eines thermoelektrischen Moduls 1. Das thermoelektrische Modul 1 weist im Inneren ein thermoelektrisch aktives Material 4 auf, welches von einem Gehäuse 3 umschlossen ist. Das thermoelektrisch aktive Material 4 ist durch elektrische Kontakte 4a kontaktiert, so dass es entweder erzeugte elektrische Energie über diese Kontakte 4a abgeben kann oder in einer alternativen Betriebsform über die elektrischen Kontakte 4a an eine Spannungsquelle angeschlossen werden kann.The 1 shows a sectional view of a thermoelectric module 1 , The thermoelectric module 1 has a thermoelectrically active material inside 4 on which of a housing 3 is enclosed. The thermoelectrically active material 4 is through electrical contacts 4a contacted so that it either generated electrical energy through these contacts 4a can give or in an alternative form of operation on the electrical contacts 4a can be connected to a voltage source.
In alternativen Ausführungsformen kann das thermoelektrische Modul 1 auch ohne das Gehäuse 3 ausgeführt sein. Hier ist dann das thermoelektrisch aktive Material 4 ebenfalls mit elektrischen Kontakten 4a versehen. Für den Fall, dass eine Ausführungsform eines thermoelektrischen Moduls 1 ohne Gehäuse 3 zum Einsatz kommt ist ein entsprechender Schutz des thermoelektrisch aktiven Materials 4 zu gewährleisten.In alternative embodiments, the thermoelectric module 1 even without the case 3 be executed. Here then is the thermoelectrically active material 4 also with electrical contacts 4a Mistake. In the event that one embodiment of a thermoelectric module 1 without housing 3 is used is a corresponding protection of the thermoelectrically active material 4 to ensure.
Die 2 zeigt die Anordnung eines thermoelektrischen Moduls 1 zwischen zwei Strömungskanälen 6, 7. Das thermoelektrische Modul 1 weist ebenfalls wieder ein thermoelektrisch aktives Material 4, so wie ein das thermoelektrisch aktive Material 4 umschließendes Gehäuse 3 auf. Das thermoelektrische Modul 1 ist über ein thermisch leitendes Material 5 mit den Kanalwänden der Kanäle 6, 7 verbunden. Über das thermisch leitende Material 5 soll eine besonders gute Anbindung der Außenflächen des thermoelektrischen Modul 1 an die Kanäle 6, 7 gewährleistet werden.The 2 shows the arrangement of a thermoelectric module 1 between two flow channels 6 . 7 , The thermoelectric module 1 also has a thermoelectrically active material again 4 as well as the thermoelectrically active material 4 enclosing housing 3 on. The thermoelectric module 1 is over a thermally conductive material 5 with the channel walls of the channels 6 . 7 connected. About the thermally conductive material 5 intended a particularly good connection of the outer surfaces of the thermoelectric module 1 to the channels 6 . 7 be guaranteed.
Als wärmeleitende Materialien können unter anderem folgende Materialien zum Einsatz kommen Wärmeleitpaste, Wärmeleitfolie, Grafitfolie oder Wärmeleitpulver (Barnitrit).The following materials can be used as heat-conducting materials, among others: thermal paste, heat conducting foil, graphite foil or heat conducting powder (bar nitrite).
In alternativen Ausführungsformen ist es denkbar, dass auch hier das thermoelektrische Modul 1 kein Gehäuse 3 aufweist, sondern das thermoelektrisch aktive Material 4 direkt über das thermisch leitende Material 5 an den Kanälen 6, 7 angebunden ist. Dieser Zustand wird in 3 gezeigt.In alternative embodiments, it is conceivable that here too the thermoelectric module 1 no housing 3 has, but the thermoelectrically active material 4 directly over the thermally conductive material 5 at the channels 6 . 7 is connected. This condition is in 3 shown.
3 zeigt wie schon in 2 angedeutet ein Schnittbild durch ein thermoelektrisches Modul 1 welches zwischen zwei Strömungskanälen 6 und 7 angeordnet ist und über ein thermisch leitendes Material 5 mit den Außenflächen der Strömungskanäle 6, 7 verbunden ist. Das thermoelektrische Modul 1 weist in 3 kein Gehäuse auf und so ist das thermoelektrisch aktive Material 4 direkt über das thermisch leitende Material 5 an die Außenwände der Strömungskanäle 6, 7 angebunden. 3 shows as in 2 indicated a sectional view through a thermoelectric module 1 which is between two flow channels 6 and 7 is arranged and over a thermally conductive material 5 with the outer surfaces of the flow channels 6 . 7 connected is. The thermoelectric module 1 points in 3 no housing on and so is the thermoelectrically active material 4 directly over the thermally conductive material 5 to the outer walls of the flow channels 6 . 7 tethered.
4 zeigt ein Schnittbild durch ein thermoelektrisches Modul 1 welches wieder ein Gehäuse 3 aufweist, dass das thermoelektrisch aktive Material 4 umfasst. Das thermoelektrische Modul 1 ist über ein thermisch leitendes Material 5 ebenfalls wieder an Strömungskanälen 6, 7 angeordnet. 4 shows a sectional view through a thermoelectric module 1 which again a housing 3 that the thermoelectrically active material 4 includes. The thermoelectric module 1 is over a thermally conductive material 5 again at flow channels 6 . 7 arranged.
Die Strömungskanäle 6, 7 weisen Ausschnitte 8, 9 auf, welche an der Außenwand des Strömungskanals angeordnet sind, die dem thermoelektrischen Modul 1 zugeordnet ist. Die Ausschnitte 8, 9 der Strömungskanäle 6, 7 werden quasi durch das thermoelektrische Modul 1 so überdeckt, dass der Strömungskanal 6, 7 weiterhin fluiddicht ausgeführt ist.The flow channels 6 . 7 have cutouts 8th . 9 on, which are arranged on the outer wall of the flow channel, the thermoelectric module 1 assigned. The cutouts 8th . 9 the flow channels 6 . 7 become more or less through the thermoelectric module 1 so covered that the flow channel 6 . 7 continue to run fluid-tight.
Über diese Anordnung des thermoelektrischen Modul 1 an den Ausschnitten 8, 9 der Strömungskanäle 6, 7 kann erreicht werden, dass die durch die Strömungskanäle 6, 7 strömenden Fluide in direktem Kontakt mit der Oberfläche des thermoelektrischen Moduls 1 sind. Durch den direkten Kontakt zwischen den strömenden Fluiden und dem thermoelektrischen Modul 1 ist ein besserer Wärmeübergang zu erzeugen, was für den Prozess vorteilhaft ist.About this arrangement of the thermoelectric module 1 at the cutouts 8th . 9 the flow channels 6 . 7 can be achieved that through the flow channels 6 . 7 flowing fluids in direct contact with the surface of the thermoelectric module 1 are. Due to the direct contact between the flowing fluids and the thermoelectric module 1 is to produce a better heat transfer, which is advantageous for the process.
Besonderes Augenmerk ist hierbei auf die zusätzliche Abdichtung der Ausschnitte 8, 9 zu richten, welche entweder durch das thermoelektrische Modul 1 an sich oder durch das thermisch leitende Material 5 gegeben sein muss.Particular attention is paid to the additional sealing of the cutouts 8th . 9 directed by either the thermoelectric module 1 in itself or by the thermally conductive material 5 must be given.
In alternativen Ausführungsformen ist es auch denkbar, zwischen den Strömungskanälen 6 und 7 um das thermoelektrische Modul 1 herum eine zusätzliche Isolationsschicht einzubringen.In alternative embodiments, it is also conceivable between the flow channels 6 and 7 around the thermoelectric module 1 around an additional insulation layer to bring.
5 zeigt ebenfalls ein Schnittbild durch ein thermoelektrisches Modul 1, welches zwischen zwei Strömungskanälen 6, 7 angeordnet ist. Die Anbindung des thermoelektrischen Moduls 1 ist ebenfalls über ein thermisch leitendes Material 5 realisiert. Zwischen den Strömungskanälen 6, 7 ist auf der rechten Seite ein Distanzelement 10 eingebracht. Auf der linken Seite des thermoelektrischen Moduls 1 ist ein Distanzelement 11 eingebracht. Diese beiden unterschiedlichen Distanzelemente 10, 11 zeigen beispielhaft, dass zwischen die Strömungskanäle 6, 7 vorteilhafte Distanzelemente eingebracht werden können um den Abstand zwischen den Strömungskanälen 6, 7 zu definieren und zu begrenzen. Neben den beiden gezeigten Distanzelementen 10, 11 ist auch das Einbringen andersartiger Distanzelemente denkbar. 5 also shows a sectional view through a thermoelectric module 1 , which is between two flow channels 6 . 7 is arranged. The connection of the thermoelectric module 1 is also a thermally conductive material 5 realized. Between the flow channels 6 . 7 is a spacer on the right side 10 brought in. On the left side of the thermoelectric module 1 is a spacer element 11 brought in. These two different spacer elements 10 . 11 show by way of example that between the flow channels 6 . 7 advantageous spacers can be introduced by the distance between the flow channels 6 . 7 to define and limit. In addition to the two shown spacer elements 10 . 11 is also the introduction of different spacers conceivable.
Die Auswahl des Distanzelementes richtet sich im Wesentlichen nach den Abmaßen des thermoelektrischen Moduls 1.The selection of the spacer depends essentially on the dimensions of the thermoelectric module 1 ,
Die Distanzelemente 10, 11 können zusätzlich zu der in 5 gezeigten Funktion der Schaffung einer Distanz in vertikaler Richtung ebenfalls dafür eingesetzt werden die thermoelektrischen Module 1 sofern eine Mehrzahl von diesen verbaut ist, seitlich zueinander zu beabstanden. Ebenfalls könnte eine zusätzliche isolierende Funktion, welche zum Beispiel bei einem Aufbau ähnlich dem in 4 gezeigten von Nöten ist, durch eines der Distanzelemente 10, 11 realisiert werden.The spacer elements 10 . 11 can in addition to the in 5 shown function of creating a distance in the vertical direction are also used for the thermoelectric modules 1 if a plurality of these is installed, laterally spaced from each other. Also could be an additional insulating function which, for example, in a structure similar to that in 4 shown by one of the spacers 10 . 11 will be realized.
6 zeigt eine Anordnung mehrerer thermoelektrischen Module 1 zwischen jeweils Strömungskanälen 6, 7 die zu einer thermoelektrischen Vorrichtung 2 zusammengeschlossen sind. Hierbei sind im Wesentlichen mehrere thermoelektrische Module 1 zwischen Strömungskanälen 6, 7 übereinander gestapelt. 6 shows an arrangement of several thermoelectric modules 1 between each flow channels 6 . 7 that to a thermoelectric device 2 are joined together. Here are essentially several thermoelectric modules 1 between flow channels 6 . 7 stacked.
Der in 6 gezeigte Aufbau einer thermoelektrischen Vorrichtung 2 ist von einem Gehäuse 12 umfasst, in welches ein expandierender Schaum 13 eingespritzt ist. Das Gehäuse 12 dient hier dem Schutz der Anordnung und verhindert ein Eindringen von Fremdkörpern und minimiert die Einwirkung durch Erschütterungen und Schläge auf die Anordnung. Der expandierende Schaum 13 stabilisiert die Anordnung im Inneren des Gehäuses 12 und kann zusätzlich thermisch isolierende Eigenschaften aufweisen.The in 6 shown construction of a thermoelectric device 2 is from a housing 12 includes, in which an expanding foam 13 injected. The housing 12 Here, the protection of the arrangement and prevents the penetration of foreign bodies and minimizes the impact of shock and shock to the arrangement. The expanding foam 13 stabilizes the assembly inside the housing 12 and may additionally have thermally insulating properties.
Der in 6 gezeigte Aufbau einer thermoelektrischen Vorrichtung 2 sieht im Wesentlichen Strömungskanäle 6a, 6b vor, welche von einem ersten Fluid durchströmbar sind, sowie Strömungskanäle 7a, 7b, welche von einem zweiten Fluid durchströmbar sind. Jeweils ein Strömungskanal 6, 7 für ein erste Fluid wird hierbei oberhalb des thermoelektrischen Moduls 1 angeordnet und mit dem thermoelektrischen Modul 1 in Kontakt gebracht, jeweils ein weiterer Strömungskanal 6, 7 für ein zweites Fluid wird so angeordnet, dass die Unterseite des thermoelektrischen Moduls 1 mit diesem in Kontakt tritt.The in 6 shown construction of a thermoelectric device 2 essentially sees flow channels 6a . 6b before, which can be traversed by a first fluid, as well as flow channels 7a . 7b , which can be traversed by a second fluid. Each a flow channel 6 . 7 for a first fluid is in this case above the thermoelectric module 1 arranged and with the thermoelectric module 1 brought into contact, in each case a further flow channel 6 . 7 for a second fluid is arranged so that the underside of the thermoelectric module 1 comes into contact with this.
Die Anordnung und geometrische Ausgestaltung der Strömungskanäle 6a, 6b, 7a, 7b kann abweichend von der in 6 gezeigten Anordnung auf viele verschiedene Weisen erfolgen. Mehrere Ausführungsformen zeigen die 7a bis 7h.The arrangement and geometric design of the flow channels 6a . 6b . 7a . 7b may differ from the in 6 shown arrangement done in many different ways. Several embodiments show the 7a to 7h ,
In der 6 sind keine elektrischen Kontaktierungen 4a der thermoelektrischen Module 1 dargestellt. Dies ist jedoch lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit geschehen.In the 6 are not electrical contacts 4a the thermoelectric modules 1 shown. However, this has been done only for the sake of clarity.
Eine weitere Besonderheit der 6, welche jedoch in der 6 auf Grund der Schnittdarstellung nicht gezeigt ist, ist dass die Kanäle 6a, 6b für das erste Fluid sowie die Kanäle 7a, 7b für das zweite Fluid in der Tiefe einmal um 180° umgelenkt sind. Die Kanäle 6a, 6b bilden so einen gemeinsamen Strömungsweg für ein Fluid. Ebenso bilden die Kanäle 7a, 7b einen gemeinsamen Strömungspfad für das zweite Fluid.Another peculiarity of 6 , which, however, in the 6 is not shown due to the sectional view is that the channels 6a . 6b for the first fluid as well as the channels 7a . 7b for the second fluid in the depth once deflected by 180 °. The channels 6a . 6b thus form a common flow path for a fluid. Likewise, the channels form 7a . 7b a common flow path for the second fluid.
Eine genaue Darstellung wie die Umlenkung des Strömungskanals 6a auf den Strömungskanal 6b, bzw. des Strömungskanals 7a auf den Strömungskanal 7b erfolgt wird in den weiteren Figuren gezeigt.An exact representation as the deflection of the flow channel 6a on the flow channel 6b , or of the flow channel 7a on the flow channel 7b takes place is shown in the other figures.
Die 7a bis 7h zeigen unterschiedliche Ausführungsformen der Strömungskanäle 6a, 6b, 7a, 7b wie sie in einer erfindungsgemäßen Ausführung verwendet werden können.The 7a to 7h show different embodiments of the flow channels 6a . 6b . 7a . 7b as they can be used in an embodiment according to the invention.
Die 7a zeigt Strömungskanäle entsprechend der bereits in 6 gezeigten Anordnung, wobei die Strömungskanäle grundsätzlich einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und mit einem zwischen den Kanälen 6a, 6b, 7a, 7b liegenden Luftspalt zueinander angeordnet sind.The 7a shows flow channels according to the already in 6 shown arrangement, wherein the flow channels in principle have a rectangular cross section and with a between the channels 6a . 6b . 7a . 7b lying air gap are arranged to each other.
Die 7b zeigt Strömungskanäle 6a, 6b, 7a, 7b, welche jeweils ebenfalls einem rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die Strömungskanäle sind hier direkt aneinander angrenzend angeordnet. Die Strömungskanäle 6a, 7a bzw. 6b, 7b können als jeweils eigenständige Strömungskanäle ausgeführt sein, welche anschließend miteinander verbunden werden. Alternativ kann der Strömungskanal 6a, 7a, 6b, 7b auch aus einem Teil gefertigt sein in das zusätzlich eine Trennwand eingefügt wird, so dass eine Unterteilung in jeweils zwei unabhängige Bereiche stattfindet.The 7b shows flow channels 6a . 6b . 7a . 7b , which also each have a rectangular cross-section. The flow channels are here directly adjacent to each other. The flow channels 6a . 7a respectively. 6b . 7b can be designed as separate flow channels, which are then connected to each other. Alternatively, the flow channel 6a . 7a . 6b . 7b also be made of a part in the addition of a partition is inserted so that a subdivision takes place in two independent areas.
Die 7c zeigt eine weitere Anordnung, wobei hier die Strömungskanäle grundsätzlich auch eine rechteckige Grundform aufweisen, die nach innen gerichteten Enden der Strömungskanäle 6a, 7a bzw. 6b, 7b sind hier jedoch durch schräge, spitz zulaufende Außenwände abgeschlossen. Die beiden Strömungskanäle 6a, 7a bzw. 6b, 7b sind an der jeweiligen Spitze der spitz zulaufenden Innenwand miteinander in Kontakt stehend.The 7c shows a further arrangement, in which case the flow channels in principle also have a rectangular basic shape, the inward directed ends of the flow channels 6a . 7a respectively. 6b . 7b Here, however, are closed by oblique, tapered outer walls. The two flow channels 6a . 7a respectively. 6b . 7b are in contact with each other at the respective tip of the tapered inner wall.
Die 7d zeigt eine weitere Ausführungsform der Strömungskanäle 6a, 7a bzw. 6b, 7b. Die in 7d gezeigte Ausführung kann beispielsweise aus Blechteilen aufgebaut sein, welche aufeinander gelegt und miteinander verschweißt sind. Jeder Kanal 6a, 6b, 7a, 7b wird gebildet aus einer U-förmigen Basis, worauf ein Gleichtteil, welches um 180° gedreht wurde aufgesetzt ist.The 7d shows a further embodiment of the flow channels 6a . 7a respectively. 6b . 7b , In the 7d shown embodiment may be constructed, for example, of sheet metal parts, which are superimposed and welded together. Every channel 6a . 6b . 7a . 7b is formed of a U-shaped base, whereupon a common part, which has been rotated by 180 ° is placed.
Das Oberteil und das Unterteil können anschließend miteinander durch Verfahren wie etwa das Löten oder Schweißen miteinander verbunden werden.The top and bottom can then be joined together by methods such as brazing or welding.
Die 7e zeigt eine Anordnung der Strömungskanäle 6a, 7a bzw. 6b, 7b analog dem Aufbau der bereits in 7a gezeigt wurde. Zusätzlich zu den rechteckigen Grundprofilen der Strömungskanäle 6a, 6b, 7a, 7b sind nun innerhalb der Strömungskanäle 6a, 6b, 7a, 7b Turbulenzeinlagen 14 eingebracht, welche die Durchströmung des Fluids für den Anwendungszweck positiv beeinflussen sollen. Neben der hier gezeigten Form von kreisrunden Turbulenzeinlagen 14 ist auch eine Vielzahl weiterer Turbulenzeinlagen 14 denkbar. So ist etwa die Anwendung gewöhnlicher Wellrippen oder anderer profilierter Muster vorstellbar.The 7e shows an arrangement of the flow channels 6a . 7a respectively. 6b . 7b analogous to the structure of already in 7a was shown. In addition to the rectangular basic profiles of the flow channels 6a . 6b . 7a . 7b are now inside the flow channels 6a . 6b . 7a . 7b turbulence inserts 14 introduced, which should positively influence the flow of the fluid for the application. In addition to the form of circular turbulence inserts shown here 14 is also a variety of other turbulence inserts 14 conceivable. For example, it is conceivable to use ordinary corrugated ribs or other profiled patterns.
Die 7f zeigt eine alternative Anordnung für die Strömungskanäle 6a, 7a bzw. 6b, 7b. Im Unterschied zu den bisher gezeigten 7a bis 7e sind nun die Strömungskanäle 6a, 7a bzw. 6b, 7b übereinander angeordnet. Die Grundstruktur der Strömungskanäle 6a, 7a bzw. 6b, 7b ist hier auch rechteckig und die beiden Strömungskanäle sind direkt aneinander angeordnet.The 7f shows an alternative arrangement for the flow channels 6a . 7a respectively. 6b . 7b , Unlike the ones shown so far 7a to 7e are now the flow channels 6a . 7a respectively. 6b . 7b arranged one above the other. The basic structure of the flow channels 6a . 7a respectively. 6b . 7b is here also rectangular and the two flow channels are arranged directly adjacent to each other.
Entweder ist diese Ausführung auch einteilig mit einer zusätzlichen Trennwand in der Mitte, welche eine Aufteilung in den Strömungskanal 6a, 7a bzw. 6b, 7b ermöglicht oder zwei einzelne Strömungskanäle können vorteilhaft aneinandergefügt werden um eine Anordnung entsprechend der 7f zu erreichen.Either this design is also one-piece with an additional partition in the middle, which is a division into the flow channel 6a . 7a respectively. 6b . 7b allows or two individual flow channels can be advantageously joined together to an arrangement according to the 7f to reach.
Die 7g zeigt eine weitere Ausführungsform der Strömungskanäle 6a, 7a bzw. 6b, 7b entsprechend dem in 7b bereits gezeigten Aufbau. Die Strömungskanäle 6a, 6b, 7a, 7b weisen auch hier eine rechteckige Grundform auf zusätzlich weisen sie im Inneren Turbulenzeinlagen 15 auf. Die hier in 7g gezeigten Turbulenzeinlagen 15 entsprechen etwa den normaler Wellrippen. Wie bereits zu 7e angemerkt wurde ist auch hier eine Vielzahl verschiedener Turbulenzeinlagen 15 denkbar.The 7g shows a further embodiment of the flow channels 6a . 7a respectively. 6b . 7b according to the in 7b already shown construction. The flow channels 6a . 6b . 7a . 7b Here too, they have a rectangular basic shape and additionally they have turbulence inserts inside 15 on. The here in 7g shown turbulence inserts 15 correspond approximately to the normal corrugated ribs. As already too 7e has been noted here is a variety of different turbulence inserts 15 conceivable.
Die 7h zeigt eine weitere Ausführungsform für die Strömungskanäle 6a, 7a bzw. 6b, 7b. Die beiden Teilbereiche für die Strömungskanäle 6a, 7a bzw. 6b, 7b sind in der Ausführung 7h durch eine parallele Anordnung zweier Grundplatten realisiert, welche an den jeweils linken und rechten Endbereich, sowie in der Mitte durch Trennwände aufgeteilt sind.The 7h shows a further embodiment for the flow channels 6a . 7a respectively. 6b . 7b , The two subregions for the flow channels 6a . 7a respectively. 6b . 7b are in the execution 7h realized by a parallel arrangement of two base plates, which are divided at the respective left and right end, and in the middle by partitions.
Die in 7h gezeigte Ausführung weist jeweils am Linken, sowie am Rechten Ende, sowie im Mittelbereich zwei Trennwände auf, wobei ein Zwischenraum zwischen jeweils 2 der Trennwände entsteht. Dieser Zwischenraum ist jeweils zusätzlich mit einer isolierenden Masse 16 befüllt, welche eine zusätzliche thermische Isolation der Strömungskanäle 6a, 7a bzw. 6b, 7b zueinander und zur Umwelt gewährleisten.In the 7h shown embodiment has in each case on the left, and at the right end, as well as in the central region of two partitions, wherein a gap between each of the two partitions is formed. This space is in each case additionally with an insulating mass 16 filled, which provides additional thermal insulation of the flow channels 6a . 7a respectively. 6b . 7b to each other and to the environment.
8 zeigt eine Anordnung mehrerer thermoelektrischer Module 1 die jeweils zwischen einem Strömungskanal 6a, 7a bzw. 6b, 7b angeordnet sind. In der 8 sind die Strömungskanäle 6a, 7a bzw. 6b, 7b entsprechend der Ausführung der Strömungskanäle aus 7a gewählt. 8th shows an arrangement of several thermoelectric modules 1 each between a flow channel 6a . 7a respectively. 6b . 7b are arranged. In the 8th are the flow channels 6a . 7a respectively. 6b . 7b according to the design of the flow channels 7a selected.
Da die Strömungskanäle 6a bzw. 7a in der Tiefe einmal um 180° umgelenkt sind, so dass sie danach in den Strömungskanal 6b bzw. 7b übergehen, wie es bereits in 6 erwähnt wurde. Ergibt sich für den Aufbau einer thermoelektrischen Vorrichtung 2 eine Schichtung von jeweils einem Strömungskanal 6a, 6b, 7a, 7b auf welchen ein thermoelektrisches Modul 1 folgt, worauf wieder ein Strömungskanal 6a, 6b, 7a, 7b folgt.Because the flow channels 6a respectively. 7a once deflected by 180 ° in the depth, so that they afterwards in the flow channel 6b respectively. 7b pass over, as it already is in 6 was mentioned. This results in the construction of a thermoelectric device 2 a stratification of one flow channel each 6a . 6b . 7a . 7b on which a thermoelectric module 1 follows, whereupon again a flow channel 6a . 6b . 7a . 7b follows.
Genaueres zu der Umlenkung der Strömungskanäle 6a, 6b, 7a, 7b in der Tiefe sowie zu dem Aufbau einer thermoelektrischen Vorrichtung 2 folgt in den späteren Figuren. Der Aufbau der in 8 im Schnitt gezeigten thermoelektrischen Vorrichtung 2 besteht jeweils aus einem Strömungskanal 6a, 6b, 7a, 7b auf welchem ein thermoelektrisches Modul 1 folgt, worauf wieder ein Strömungskanal 6a, 6b, 7a, 7b folgt. Dies setzt sich mehrfach fort im hier gezeigten Beispiel drei thermoelektrische Module 1 zwischen und über denen insgesamt vier Strömungskanäle 6a, 6b, 7a, 7b angeordnet sind. Die linke Seite der in 8 gezeigten thermoelektrischen Vorrichtung 2 weist einen zur rechten Seite analogen Aufbau auf.More about the deflection of the flow channels 6a . 6b . 7a . 7b in depth as well as to the construction of a thermoelectric device 2 follows in the later figures. The construction of in 8th in section shown thermoelectric device 2 each consists of a flow channel 6a . 6b . 7a . 7b on which a thermoelectric module 1 follows, whereupon again a flow channel 6a . 6b . 7a . 7b follows. This continues several times in the example shown here, three thermoelectric modules 1 between and over which a total of four flow channels 6a . 6b . 7a . 7b are arranged. The left side of the in 8th shown thermoelectric device 2 has a construction similar to the right side.
Die 9 zeigt ähnlich der 8 ein Schnittbild durch eine thermoelektrische Vorrichtung 2. Der in 9 gezeigte Aufbau zeigt auch gleichzeitig eine neue Ausführungsform für die Strömungskanäle 6a, 6b bzw. 7a, 7b.The 9 shows similar to the 8th a sectional view through a thermoelectric device 2 , The in 9 The structure shown also simultaneously shows a new embodiment for the flow channels 6a . 6b respectively. 7a . 7b ,
In dem in 9 gezeigten Aufbau der thermoelektrischen Vorrichtung 2 werden die Strömungskanäle 6a bzw. 7a in der Tiefe nicht auf der gleichen Ebene um 180° umgelenkt, sondern werden um 180° vertikal umgelenkt, so dass die Rückströmung in den Kanälen 6b bzw. 7b unterhalb der hinströmenden Kanäle 6a bzw. 7a erfolgt. In the in 9 shown construction of the thermoelectric device 2 become the flow channels 6a respectively. 7a in the depth not deflected at the same level by 180 °, but are deflected by 180 ° vertically, so that the backflow in the channels 6b respectively. 7b below the incoming channels 6a respectively. 7a he follows.
Die thermoelektrischen Module 1 sind jeweils zwischen einem Stapel von hin und rückströmenden Kanälen 6a, 6b bzw. 7a, 7b angeordnet. Innerhalb der Strömungskanäle 6a, 6b, 7a, 7b sind Turbulenzeinlagen 14, 15 angeordnet.The thermoelectric modules 1 are each between a stack of back and forth flowing channels 6a . 6b respectively. 7a . 7b arranged. Within the flow channels 6a . 6b . 7a . 7b are turbulence inserts 14 . 15 arranged.
Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel werden kreisrunde Turbulenzeinlagen 14 ähnlich der 7e verwendet. Jedoch ist es in alternativen Ausführungsformen auch denkbar andere Turbulenzeinlagen wie etwa die in 7g gezeigten zu verwenden oder Turbulenzeinlagen anderer Geometrie.In the embodiment shown here are circular turbulence inserts 14 similar to the 7e used. However, in alternative embodiments it is also conceivable other turbulence inserts such as those in 7g used or turbulence inserts of other geometry.
Die 10a zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung 2. Grundsätzlich ist eine thermoelektrische Vorrichtung 2 von zwei Fluiden durchströmt zwischen denen eine Temperaturdifferenz besteht. Diese zwei unterschiedlichen Fluide strömen durch zwei unterschiedliche Fluidkreisläufe. Die thermoelektrischen Module 1 bilden hierbei eine thermische Verbindungsstelle zwischen dem Fluidkreislauf des ersten Fluids und dem Fluidkreislauf des zweiten Fluids. Durch die Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid bildet sich am thermoelektrischen Modul 1 ebenfalls ein Temperaturgefälle zwischen der oberen und der unteren Oberfläche aus mit welchen das thermoelektrische Modul 1 an die Außenwände der Strömungskanäle 6a, 6b, 7a, 7b angeordnet ist. Unter Ausnutzung des Seebeck-Effektes erzeugt so das thermoelektrische Modul 1 elektrische Energie aus der Wärme der beiden Fluide.The 10a shows a perspective view of a thermoelectric device according to the invention 2 , Basically, a thermoelectric device 2 flows through two fluids between which a temperature difference exists. These two different fluids flow through two different fluid circuits. The thermoelectric modules 1 in this case form a thermal connection between the fluid circuit of the first fluid and the fluid circuit of the second fluid. The temperature difference between the first fluid and the second fluid forms at the thermoelectric module 1 also a temperature gradient between the upper and the lower surface with which the thermoelectric module 1 to the outer walls of the flow channels 6a . 6b . 7a . 7b is arranged. Utilizing the Seebeck effect, this creates the thermoelectric module 1 electrical energy from the heat of the two fluids.
Die Anordnung des thermoelektrischen Moduls 1 entsprechend der 2 bis 5 stellen jeweils einen Ausschnitt aus der gesamten thermoelektrischen Vorrichtung 2 dar. Eine thermoelektrische Vorrichtung 2 weist in der Regel eine Vielzahl solcher Anordnungen wie in 2 bis 5 gezeigt auf.The arrangement of the thermoelectric module 1 according to the 2 to 5 each represent a section of the entire thermoelectric device 2 dar. A thermoelectric device 2 usually has a variety of such arrangements as in 2 to 5 shown on.
Die in 10a gezeigte thermoelektrische Vorrichtung 2 weist im Wesentlichen vier Strömungskanäle 6a, 6b, 7a, 7b auf, wobei jeweils zwei von dem einen Fluid durchflossen sind, sowie zwei von dem zweiten Fluid durchflossen sind. Der Fluidkreislauf des ersten Fluids verläuft durch die thermoelektrische Vorrichtung 2 wie folgt. Das erste Fluid tritt durch den Einlassstutzen 21 in den Sammelkasten 17 der thermoelektrischen Vorrichtung 2 ein. Dort wird es im Inneren des Sammelkastens 17 auf die Strömungskanäle 5a, welche in direkter Fluidkommunikation mit dem Sammelkasten 17 stehen verteilt. Das erste Fluid durchströmt die Strömungskanäle 6a der Länge nach und wird im Umlenkbereich 25 in der gleichen Ebene wie der Strömungskanal 6a verläuft um 180° umgelenkt. Nach der Umlenkung des ersten Fluids im Bereich 25 strömt das erste Fluid im Strömungskanal 6b zurück.In the 10a shown thermoelectric device 2 has essentially four flow channels 6a . 6b . 7a . 7b in each case two of the one fluid are flowed through, and two of the second fluid are flowed through. The fluid circuit of the first fluid passes through the thermoelectric device 2 as follows. The first fluid passes through the inlet port 21 in the collection box 17 the thermoelectric device 2 one. There it will be inside the collection box 17 on the flow channels 5a which is in direct fluid communication with the collection box 17 are distributed. The first fluid flows through the flow channels 6a lengthwise and will be in the deflection area 25 in the same plane as the flow channel 6a runs deflected by 180 °. After the deflection of the first fluid in the area 25 the first fluid flows in the flow channel 6b back.
Die Abschnitte 6a, 6b des Strömungskanals, sowie der Umlenkbereich 25 bilden insgesamt einen gemeinsamen Strömungskanal 6. 6a bildet einen Hinströmbereich 6a zum Umlenkbereich 25, 6b bildet den Rückströmbereich 6b vom Umlenkbereich zurück zum Sammelkasten. Wann das Fluid 1 durch den Rückströmbereich 6b zurückgeströmt ist, tritt es vom Strömungskanal 6b in den Sammelkasten 18 ein, womit die Strömungskanäle 6b in direkter Fluidkommunikation stehen. Im Sammelkasten 18 wird das erste Fluid gesammelt und tritt anschließend durch den Auslassstutzen 22 aus dem Sammelkasten 18 aus.The sections 6a . 6b of the flow channel, as well as the deflection area 25 together form a common flow channel 6 , 6a forms a flow area 6a to the deflection area 25 . 6b forms the return flow area 6b from the deflection area back to the collection box. When the fluid 1 through the return flow area 6b has flowed back, it enters from the flow channel 6b in the collection box 18 one, bringing the flow channels 6b in direct fluid communication. In the collection box 18 the first fluid is collected and then passes through the outlet port 22 from the collection box 18 out.
Die Zuführung zum Anschlussstutzen 21 bzw. die Abführung vom Anschlussstutzen 22 sind in der 10a der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt.The feed to the connecting piece 21 or the discharge from the connecting piece 22 are in the 10a for the sake of clarity not shown.
Der Strömungsverlauf des zweiten Fluids funktioniert prinzipiell ähnlich dem des ersten Fluids. Das zweite Fluid strömt über den Einlassstutzen 23 in den Sammelkasten 19 ein, worin es auf die Strömungskanäle 7a, welche mit dem Sammelkasten 19 in Fluidkommunikation stehen verteilt wird. Nach dem Durchströmen des Strömungskanals 7a wird das zweite Fluid ebenfalls an einem Umlenkbereich 25 um 180° in der Ebene in der auch der Strömungskanal 7a verläuft umgelenkt. Nach der Umlenkung strömt das Fluid zwei durch den Strömungskanal 7b parallel zum Strömungskanal 7a wieder zurück. Analog dem Strömungskanal 6 des ersten Fluids bilden so auch der Hinströmbereich 7a sowie der Rückströmbereich 7b, gemeinsam mit dem Umlenkbereich 25 bilden den Strömungskanal 7.The flow pattern of the second fluid works in principle similar to that of the first fluid. The second fluid flows over the inlet port 23 in the collection box 19 one in which it is on the flow channels 7a , which with the collecting box 19 being distributed in fluid communication. After flowing through the flow channel 7a the second fluid is also at a deflection area 25 by 180 ° in the plane in which also the flow channel 7a runs diverted. After the deflection, the fluid 2 flows through the flow channel 7b parallel to the flow channel 7a back again. Analogous to the flow channel 6 of the first fluid thus also form the inflow region 7a as well as the return flow area 7b , together with the deflection area 25 form the flow channel 7 ,
Nach dem Durchströmen des Rückströmbereichs 7b tritt das zweite Fluid in den Sammelkasten 20 ein und über den Auslassstutzen 24 aus dem Sammelkasten aus. Der restliche Fluidkreislauf des zweiten Fluids ist an dieser Stelle ebenfalls nicht gezeigt.After flowing through the Rückströmbereichs 7b the second fluid enters the collection box 20 in and over the outlet 24 from the collection box. The remaining fluid circuit of the second fluid is also not shown at this point.
Zwischen den eben beschriebenen Strömungskanälen für das erste Fluid bzw. für das zweite Fluid sind nun die thermoelektrischen Module 1 angeordnet. In der gezeigten Ausführung in 10a sind jeweils vier thermoelektrische Module 1 zwischen den Ebenen der Strömungskanäle 6a, 6b, 7a, 7b des ersten Fluids und des zweiten Fluids angeordnet. In 10a sind jeweils die vorderen beiden thermoelektrischen Module 1, welche zwischen den Bereichen 6a bzw. 7a der Strömungskanäle für das erste bzw. zweite Fluid angeordnet sind zu erkennen. Nicht abgebildet sind die jeweils zwei thermoelektrischen Module 1, welche zwischen den Rückströmbereichen 6b bzw. 7b angeordnet sind. Der Kontakt des thermoelektrischen Moduls 1 mit den Strömungskanälen 6a, 6b bzw. 7a, 7b erfolgt analog der Darstellung der 2 bis 5.Between the above-described flow channels for the first fluid and for the second fluid are now the thermoelectric modules 1 arranged. In the shown embodiment in 10a each are four thermoelectric modules 1 between the levels of the flow channels 6a . 6b . 7a . 7b arranged the first fluid and the second fluid. In 10a are each the front two thermoelectric modules 1 which between the areas 6a respectively. 7a the flow channels for the first and second fluid are arranged to recognize. Not shown are the two thermoelectric modules 1 , which between the Rückströmbereichen 6b respectively. 7b are arranged. The contact of the thermoelectric module 1 with the flow channels 6a . 6b respectively. 7a . 7b takes place analogously to the representation of 2 to 5 ,
An dieser Steile sei noch einmal auf die Umlenkung 25 verwiesen, welche bereits in 6, 8 und 9 angesprochen war. In der 10a erfolgt die Umlenkung des ersten bzw. des zweiten Fluides in der gleichen Ebene um jeweils 180°.At this point again be on the diversion 25 referenced, which already in 6 . 8th and 9 was addressed. In the 10a the deflection of the first and the second fluid in the same plane takes place by 180 °.
Die 10b zeigt eine Aufsicht auf die erfindungsgemäße thermoelektrische Vorrichtung 2 wie er bereits in 10a dargestellt ist. Zu erkennen ist insbesondere der obere Strömungskanal 6 für das erste Fluid, welcher sich aus den Strömungskanälen 6a und 6b, sowie dem Umlenkbereich 25 ergibt. Ebenfalls sind die seitlich am ersten Strömungskanal angeordneten Sammelkästen 17 bzw. 18 des ersten Fluids sowie der Zulaufstutzen 21 und der Ablaufstutzen 22 zu erkennen. Im rechten Bereich sind kleine Abschnitte des Strömungskanals 7 des zweiten Fluids zu erkennen. Ebenso die Sammelkästen 19 bzw. 20 sowie der Zulaufstutzen 23 und der Ablaufstutzen 24 für das zweite Fluid.The 10b shows a plan view of the thermoelectric device according to the invention 2 as he already is in 10a is shown. In particular, the upper flow channel can be seen 6 for the first fluid, which is from the flow channels 6a and 6b , as well as the deflection area 25 results. Likewise, the collection boxes arranged laterally on the first flow channel are 17 respectively. 18 the first fluid and the inlet nozzle 21 and the drain neck 22 to recognize. In the right area are small sections of the flow channel 7 to recognize the second fluid. Likewise the collection boxes 19 respectively. 20 as well as the inlet nozzle 23 and the drain neck 24 for the second fluid.
10c zeigt einen Schnitt durch die thermoelektrische Vorrichtung 2 wie er bereits mit 10a und 10b dargestellt ist. Der Schnitt der 10c erfolgt analog dem in 14b eingezeichneten Schnitt A-A. Besonders gut in 10c zu erkennen ist nun der geschichtete Aufbau der thermoelektrischen Vorrichtung 2. 10c shows a section through the thermoelectric device 2 as he already with 10a and 10b is shown. The cut of the 10c takes place analogously to in 14b drawn section AA. Especially good in 10c to recognize now is the layered structure of the thermoelectric device 2 ,
Die hinströmenden Bereiche der Strömungskanäle des ersten Fluids 6a sind ebenso zuerkennen wie die hinströmenden Strömungskanäle 7a des zweiten Fluids. Die Strömungskanäle 6a des ersten Fluids stehen in direkter Fluidkommunikation mit dem Sammelkasten 17 des ersten Fluidkreislaufes. Ebenso stehen die Strömungskanäle 7a des zweiten Fluids in direkter Fluidkommunikation mit dem Sammelkasten 19.The inflowing areas of the flow channels of the first fluid 6a are to recognize as well as the inflowing flow channels 7a of the second fluid. The flow channels 6a of the first fluid are in direct fluid communication with the collection box 17 of the first fluid circuit. Likewise, the flow channels 7a of the second fluid in direct fluid communication with the collection box 19 ,
Gut zu erkennen ist, dass die thermoelektrischen Module 1 flächig sowohl mit dem Strömungskanal 6a als auch dem Strömungskanal 7a in Kontakt stehen. Die Anbindung der thermoelektrischen Module 1 kann analog der 2 bis 4 erfolgen. Um eine ausreichende Stabilität der thermoelektrischen Vorrichtung 2 zu gewährleisten, kann die thermoelektrische Vorrichtung 2 in einem zusätzlichen Gehäuse analog der 6 angeordnet sein.Good to see is that the thermoelectric modules 1 flat with both the flow channel 6a as well as the flow channel 7a stay in contact. The connection of the thermoelectric modules 1 can be analogous to 2 to 4 respectively. To ensure sufficient stability of the thermoelectric device 2 To ensure the thermoelectric device 2 in an additional housing analogous to 6 be arranged.
Die thermoelektrischen Module können mit den Strömungskanälen unter anderem durch Fügeverfahren, wie kleben, heiß-pressen, pressen, drucksintern, sintern, schweißen oder löten verbunden sein. Jede andere Verbindung zwischen den Strömungskanälen und dem thermoelektrischen Modul, die nicht die Funktionsfähigkeit des thermoelektrischen Moduls oder die Stabilität der Strömungskanäle beeinträchtigen, ist ebenfalls denkbar.The thermoelectric modules may be connected to the flow channels, inter alia, by joining methods such as bonding, hot-pressing, pressing, pressure-sintering, sintering, welding or soldering. Any other connection between the flow channels and the thermoelectric module, which does not affect the functionality of the thermoelectric module or the stability of the flow channels, is also conceivable.
Die Strömungskanäle können aus einer Vielzahl verschiedener Materialien gefertigt werden. Insbesondere wichtig ist, dass ein optimaler Temperaturübergang vom im Strömungskanal strömenden Fluid an die an der äußeren Wandung der Strömungskanäle angeordneten thermoelektrischen Module sicher zu stellen.The flow channels can be made of a variety of different materials. It is particularly important to ensure that an optimum temperature transition from the fluid flowing in the flow channel to the thermoelectric modules arranged on the outer wall of the flow channels.
Die Strömungskanäle 6 bzw. 7 der 10a bis 10c sind hier jeweils aus einfachen Blechprofilen aufgebaut. Alternative Ausführungsformen der Strömungskanäle 6 bzw. 7 sind in den nachfolgenden Figuren dargestellt. Ebenso sind alternative Ausführungsformen der Sammelkästen 17, 18, 19, 20 dargestellt.The flow channels 6 respectively. 7 of the 10a to 10c Here are each constructed of simple sheet metal profiles. Alternative embodiments of the flow channels 6 respectively. 7 are shown in the following figures. Likewise, alternative embodiments of the collection boxes 17 . 18 . 19 . 20 shown.
Die 11 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung 2. Der hier gezeigten Ausführungsform wie auch aller folgenden Ausführungsformen ist das Prinzip der thermoelektrischen Vorrichtung welches in den 10a bis 10c dargestellt wurde gemein.The 11 shows a further perspective view of a thermoelectric device according to the invention 2 , The embodiment shown here as well as all subsequent embodiments is the principle of the thermoelectric device which in the 10a to 10c was presented in common.
Die thermoelektrische Vorrichtung 2 wird jeweils von zwei unterschiedlichen Fluiden in jeweils eigenen Fluidkreisläufen durchströmt. Zwischen den Strömungskanälen für das erste bzw. das zweite Fluid sind jeweils thermoelektrische Module angeordnet, so dass die Temperaturdifferenz des einen zum anderen Fluids durch das thermoelektrische Modul genutzt werden kann.The thermoelectric device 2 in each case flows through two different fluids in their own fluid circuits. Between the flow channels for the first and the second fluid respectively thermoelectric modules are arranged so that the temperature difference of one to the other fluid can be used by the thermoelectric module.
Die thermoelektrischen Module sind daher in jeder der gezeigten Ausführungsform flächig mit den Strömungskanälen verbunden. Wie bereits in 10a bis 10c beschrieben, kann die Anbindung der thermoelektrischen Module an die Strömungskanäle jeweils unter Verwendung vieler verschiedener Verbindungsverfahren stattfinden. Ebenso kann die Ausgestaltung der Strömungskanäle stark variieren. Ein Überblick über verschiedene mögliche Ausführungsformen ist bereits in den 7a bis h gegeben worden. Zusätzlich wird auf Besonderheiten bezüglich der Ausführung der Strömungskanäle in den folgenden Figuren an der jeweiligen Stelle hingewiesen. Weiterhin ist bei allen folgenden Figuren jeweils nur die thermoelektrische Vorrichtung 2 an sich gezeigt. Die restlichen Komponenten und der Aufbau der Fluidkreisläufe für das erste bzw. das zweite Fluid sind in den Figuren nicht dargestellt, da dies nicht erfindungswesentlich ist.The thermoelectric modules are therefore connected in a surface to the flow channels in each of the embodiments shown. As already in 10a to 10c described, the connection of the thermoelectric modules to the flow channels can each take place using many different connection methods. Likewise, the design of the flow channels vary greatly. An overview of various possible embodiments is already in the 7a been given to h. In addition, reference is made to features with regard to the execution of the flow channels in the following figures at the respective point. Furthermore, only the thermoelectric device is in each of the following figures 2 shown in itself. The remaining components and the structure of the fluid circuits for the first and the second fluid are not shown in the figures, since this is not essential to the invention.
Das erste Fluid strömt bei der thermoelektrischen Vorrichtung 2 welcher in 11a gezeigt ist durch den Einlassstutzen 31 in den Sammelkasten 2. Innerhalb des Sammelkastens 28 wird das erste Fluid auf verschiedene Strömungskanäle 33a aufgeteilt. Details hierzu folgen in 11e. Das erste Fluid durchströmt sodann die Bereiche 33a des Strömungskanals 33 und werden am Ende der Bereiche 33a im Umlenkbereich 35 umgelenkt. Im Unterschied zu den 10a bis 10c wird hier das Fluid nicht um 180° in einer Ebene umgelenkt, sondern wird um 180° vertikal umgelenkt in einen Rückströmbereich 33b der dann parallel und flächig anliegend zum Hinströmbereich 33a verläuft. The first fluid flows in the thermoelectric device 2 which in 11a is shown through the inlet nozzle 31 in the collection box 2 , Inside the collection box 28 the first fluid will be on different flow channels 33a divided up. Details will follow in 11e , The first fluid then flows through the areas 33a of the flow channel 33 and be at the bottom of the fields 33a in the deflection area 35 diverted. Unlike the 10a to 10c Here, the fluid is not deflected by 180 ° in a plane, but is deflected by 180 ° vertically in a Rückströmbereich 33b the then parallel and flat adjacent to Hinströmbereich 33a runs.
Der Umlenkbereich 35 ist in der in 11a gezeigten Ausführungsform kreisrund und durch eine Biegung des Strömungskanals 33 hergestellt. Durch die kreisrunde Ausgestaltung des Umlenkbereichs 35 wird es vermieden zu starke Abwinkelungen und Knicke in der Strömungsstrecke des Strömungskanals 33 zu erzeugen, so dass die Druckverluste innerhalb der Strömungskanäle möglichst gering sind.The deflection area 35 is in the in 11a shown embodiment circular and by a bend of the flow channel 33 produced. Due to the circular design of the deflection 35 it avoids excessive bends and kinks in the flow path of the flow channel 33 to generate, so that the pressure losses within the flow channels are minimized.
Der Strömungskanal 33 bzw. die Rückströmbereich 33b mündet anschließend wieder in den Sammelkasten 28. Hier wird das Fluid gesammelt und zum Auslassstutzen 32 geleitet. An den Sammelkasten 28 sind insgesamt vier Strömungskanäle 33 angeschlossen. Jeweils zwei im oberen Bereich der thermoelektrischen Vorrichtung die parallel zueinander angeordnet sind und nochmal zwei im unteren Bereich des Sammelkastens 28. Analog dem beschriebenen Aufbau für die Strömungsstrecke des ersten Fluids ist die Strömungsstrecke des zweiten Fluids aufgebaut.The flow channel 33 or the return flow area 33b then flows back into the collection box 28 , Here, the fluid is collected and to the outlet 32 directed. To the collection box 28 are a total of four flow channels 33 connected. In each case two in the upper region of the thermoelectric device which are arranged parallel to each other and again two in the lower region of the collecting tank 28 , Analogous to the structure described for the flow path of the first fluid, the flow path of the second fluid is constructed.
Die Anordnung für das zweite Fluid ist jedoch um 180° gedreht und verschachtelt in die Anordnung für das erste Fluid integriert. Hieraus ergibt sich der in 11a gezeigten Aufbaus der es ermöglicht die thermoelektrischen Module 1 zwischen den Strömungskanälen 33 bzw. 34 anzuordnen. Insgesamt sind in der Anordnung 11a zwölf thermoelektrische Module verbaut.However, the arrangement for the second fluid is rotated through 180 ° and nested integrated into the arrangement for the first fluid. This results in the in 11a shown construction of it allows the thermoelectric modules 1 between the flow channels 33 respectively. 34 to arrange. Overall, in the arrangement 11a installed twelve thermoelectric modules.
Die Strömungsstrecke für das zweite Fluid besteht aus dem Einlassstutzen 30 welcher in den Sammelkasten 27 überleitet, wo das zweite Fluid auf die Strömungskanäle 34 aufgeteilt wird, welche jeweils wieder in einen Hinströmbereich 34a in einem Umlenkbereich 35 und einen Rückströmbereich 34b aufgeteilt sind.The flow path for the second fluid consists of the inlet nozzle 30 which in the collection box 27 transfers where the second fluid to the flow channels 34 is divided, which in each case again in a Hinströmbereich 34a in a deflection area 35 and a return flow area 34b are divided.
Insgesamt sind an den Sammelkasten 27 analog der Strömungsstrecke für das erste Fluid vier Strömungskanäle 34 angeordnet. Nach dem Rückfluss des zweiten Fluids über den Rückströmbereich 34b in den Sammelkasten 27 strömt das zweite Fluid über den Auslassstutzen 29 aus der thermoelektrischen Vorrichtung 2 ab.Altogether are to the collection box 27 analogous to the flow path for the first fluid four flow channels 34 arranged. After the reflux of the second fluid over the Rückströmbereich 34b in the collection box 27 the second fluid flows over the outlet port 29 from the thermoelectric device 2 from.
Die 11b zeigt eine Aufsicht auf die in 11a gezeigte thermoelektrische Vorrichtung 2. Zu erkennen sind neben den beiden Sammelkästen 27, 28 jeweils die Zulaufstutzen 31 bzw. 30 für das erste bzw. das zweite Fluid. Außerdem sind der Hinströmbereich 33a der Strömungskanäle 33 des ersten Fluids, sowie die Umlenkstellen 35 zu erkennen.The 11b shows a view of the in 11a shown thermoelectric device 2 , You can see next to the two collection boxes 27 . 28 each the inlet nozzle 31 respectively. 30 for the first and the second fluid, respectively. In addition, the outflow area 33a the flow channels 33 of the first fluid, as well as the deflection points 35 to recognize.
Die 11c zeigt einen Schnitt analog dem in 11b eingezeichneten Schnitts D-D. Im Schnitt gut zu erkennen ist die Unterteilung der Sammelkästen 27 bzw. 28 in mehrere Abschnitte. Genauere Details zur Aufteilung der Sammelkästen erfolgt in 11e. Außerdem ist der geschichtete Aufbau der thermoelektrischen Vorrichtung 2 gut zu erkennen. Von oben gesehen folgt auf den Strömungskanal 33 des ersten Fluids eine Lage thermoelektrische Module 1, worauf ein Strömungskanal 34 des zweiten Fluids folgt. Daraufhin folgt wieder eine Lage thermoelektrischer Module 1, worauf hin wieder ein Strömungskanal 33 des ersten Fluids gefolgt von einer Lage thermoelektrischer Module 1 und abschließend einen zweiten Strömungskanal 34 des zweiten Fluids folgt.The 11c shows a section similar to the one in 11b drawn section DD. On average easy to recognize is the subdivision of the collection boxes 27 respectively. 28 into several sections. More detailed details on the distribution of the collection boxes in 11e , In addition, the layered structure of the thermoelectric device 2 clearly visible. Seen from above follows the flow channel 33 of the first fluid a layer of thermoelectric modules 1 , whereupon a flow channel 34 the second fluid follows. This is followed by another layer of thermoelectric modules 1 , whereupon again a flow channel 33 the first fluid followed by a layer of thermoelectric modules 1 and finally a second flow channel 34 the second fluid follows.
Gut zu erkennen ist, dass an keiner Stelle der thermoelektrischen Vorrichtung 2 die Strömungspfade des ersten Fluids mit den Strömungspfaden des zweiten Fluids in direktem Kontakt stehen. Dies ist insbesondere daher vorteilhaft, da hier ein Ausgleich der bestehenden Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid nur über die Verbindungsstelle der thermoelektrischen Module 1 erfolgen kann. Somit ist gewährleistet, dass ein maximaler Anteil des Wärmeübergangs durch die thermoelektrischen Module 1 stattfindet.It is easy to see that at no point the thermoelectric device 2 the flow paths of the first fluid are in direct contact with the flow paths of the second fluid. This is particularly advantageous because here a compensation of the existing temperature difference between the first fluid and the second fluid only via the junction of the thermoelectric modules 1 can be done. This ensures that a maximum amount of heat transfer through the thermoelectric modules 1 takes place.
Die 11d zeigt wieder eine Aufsicht auf die thermoelektrische Vorrichtung 2 analog der 11b. In 11d sind die Schnitte E-E sowie die Schnitte F-F dargestellt. Diese werden in den beiden folgenden Figuren beschrieben.The 11d again shows a plan view of the thermoelectric device 2 analogous to 11b , In 11d the sections EE and the sections FF are shown. These are described in the two following figures.
11e zeigt den Schnitt E-E, welcher in 11d angedeutet ist. Zu erkennen ist vordergründig der Sammelkasten 28, sowie sein innerer Aufbau. Im Hintergrund ist der Sammelkasten 27 des zweiten Fluids zu erkennen, dessen Aufbau analog dem des Sammelkastens 28 des ersten Fluids ist. 11e shows the section EE, which in 11d is indicated. To recognize is superficially the collection box 28 , as well as its internal structure. In the background is the collection box 27 to recognize the second fluid, its structure analogous to that of the collecting tank 28 of the first fluid.
Der quaderförmig ausgebildete Sammelkasten 28 weist in seinem inneren eine Trennwand 36 auf, welche den Sammelkasten in zwei innere Volumen 37 bzw. 38 unterteilt. Dem inneren Volumen 38 ist hier bei der Zulaufstutzen 31 zugeordnet. Dem inneren Volumen 37 der Ablaufstutzen 32. Die Trennwand 36 verläuft innerhalb des Sammelkastens 28 in einer solchen Form, dass sie den rechteckigen Querschnitt des Sammelkastens 28 in zwei ineinander greifende F-förmige Bereiche unterteilt. Mit dem inneren Volumen 38 stehen jeweils die Hinströmbereiche 33a der Strömungskanäle 33 in direkter Fluidkommunikation. Mit dem inneren Volumen 37 stehen die Rückströmbereiche 33b der Strömungskanäle 33 in direkter Fluidkommunikation. Durch die Trennwand 36 wird der eine Sammelkasten 28 praktisch in zwei unabhängige Sammelkästen unterteilt. Der Sammelkasten für den Zulaufstutzen 31 bzw. der Sammelkasten für den Auslassstutzen 32 sind so gemeinsam in einem Bauteil realisiert.The cuboid collecting box 28 has a partition in its interior 36 on which the collecting box into two inner volumes 37 respectively. 38 divided. The inner volume 38 is here at the inlet nozzle 31 assigned. The inner volume 37 the drain neck 32 , The partition 36 runs inside the collecting tank 28 in such a form that they are rectangular Cross section of the collecting tank 28 divided into two interlocking F-shaped areas. With the inner volume 38 each stand the Hinströmbereiche 33a the flow channels 33 in direct fluid communication. With the inner volume 37 are the Rückströmbereiche 33b the flow channels 33 in direct fluid communication. Through the partition 36 becomes the one collecting box 28 practically divided into two independent collection boxes. The collecting box for the inlet nozzle 31 or the collecting box for the outlet nozzle 32 are realized together in one component.
Der Sammelkasten 27 des zweiten Fluids ist analog dem gezeigten Aufbau des Sammelkastens 28 des ersten Fluids aufgebaut.The collection box 27 of the second fluid is analogous to the construction of the collecting tank shown 28 constructed of the first fluid.
Zu erkennen ist hier außerdem noch einmal, dass die Querschnittsfläche der Strömungskanäle bzw. Strömungskanalbereiche 33a bzw. 33b des Strömungskanals 33 eine rechteckige Kontur haben. Wie schon angedeutet, kann die Formgebung der Strömungskanäle von der hier gezeigten abweichen. Ebenfalls ist der Aufbau der Strömungskanäle auf viele unterschiedliche Arten möglich.It can also be seen here once again that the cross-sectional area of the flow channels or flow channel areas 33a respectively. 33b of the flow channel 33 have a rectangular contour. As already indicated, the shape of the flow channels may differ from that shown here. Likewise, the structure of the flow channels is possible in many different ways.
Die 11f zeigt den Schnitt F-F welcher durch die Strömungskanäle der thermoelektrischen Vorrichtung 2 führt. Zu erkennen ist im Hintergrund der Sammelkasten 27. Vordergründig zu erkennen ist der Aufbau des Strömungskanals 33, welcher sich in den Hinströmbereich 33a bzw. Rückströmbereich 33b aufteilt. Analog ist der Aufbau des Strömungskanals 34 mit seinem Hinströmbereich 34a bzw. Rückströmbereich 34b zu erkennen. Zwischen dem Strömungskanal 33 und dem Strömungskanal 34 ist jeweils ein thermoelektrisches Modul 1 angeordnet. Die Anbindung des thermoelektrischen Moduls 1 ist auch hier flächig mit jeweils einer Außenwand der Strömungskanäle 33, 34 ausgeführt.The 11f shows the section FF which through the flow channels of the thermoelectric device 2 leads. The collecting box can be seen in the background 27 , The structure of the flow channel can be seen at first glance 33 , which is in the outflow area 33a or return flow area 33b divides. Analog is the structure of the flow channel 34 with its outflow area 34a or return flow area 34b to recognize. Between the flow channel 33 and the flow channel 34 each is a thermoelectric module 1 arranged. The connection of the thermoelectric module 1 is also flat here, each with an outer wall of the flow channels 33 . 34 executed.
Die 12a zeigt eine thermoelektrische Vorrichtung 2, welcher in beiden Teilen dem Aufbau der bereits in den 11a bis 11f gezeigten thermoelektrischen Vorrichtung 2 entspricht. Abweichend zu der in 11a bis 11f gezeigten Ausführungsform sind hier nun nicht zwei Strömungskanäle nebeneinander angeordnet, sondern jeweils nur einer. Prinzipiell entspricht der Aufbau des Strömungskanals 33 bzw. des Strömungskanals 34 für das erste bzw. für das zweite Fluid exakt dem des in 11a bis 11f beschriebenen Aufbaus. Zwischen den Strömungskanälen 33 für das zweite Fluid für das zweite Fluid bzw. 34 für das erste Fluid sind jeweils wieder die thermoelektrischen Module 1 angeordnet. In der Anordnung der 12a sind insgesamt 6 thermoelektrische Module 1 verbaut.The 12a shows a thermoelectric device 2 , which in both parts the structure of already in the 11a to 11f shown thermoelectric device 2 equivalent. Notwithstanding the in 11a to 11f embodiment shown here are now not two flow channels arranged side by side, but in each case only one. In principle, the structure of the flow channel corresponds 33 or the flow channel 34 for the first and for the second fluid exactly that of in 11a to 11f described construction. Between the flow channels 33 for the second fluid for the second fluid or 34 for the first fluid are each again the thermoelectric modules 1 arranged. In the arrangement of 12a are a total of 6 thermoelectric modules 1 installed.
Weiterhin unterschiedlich zu dem Aufbau der 11a bis f sind die Sammelkästen der 12a. Waren die Sammelkästen 27 bzw. 28 noch einteilig ausgeführt und im Inneren durch eine Trennwand in zwei unabhängige Bereiche aufgeteilt, weist die 12a nun jeweils unabhängige Sammelkästen für den Zu- bzw. Ablauf des ersten bzw. zweiten Fluids auf. beispielhaft ist nachfolgend der Aufbau der beiden Sammelkästen 39 bzw. 40, welche die Verteilung des zweiten Fluids übernehmen erläutert. Der Aufbau der Sammelkästen 41 bzw. 42 für das erste Fluid ist analog diesem.Furthermore, different from the structure of 11a to f are the collection boxes of 12a , Were the collection boxes 27 respectively. 28 still in one piece and divided inside by a partition in two independent areas, the 12a now each independent collection boxes for the inlet and outlet of the first and second fluid. By way of example, the structure of the two headers is below 39 respectively. 40 explaining the distribution of the second fluid. The construction of the collection boxes 41 respectively. 42 for the first fluid is analogous to this.
Die Sammelkästen 40 bzw. 39 sind C-förmig ausgebildet und weisen jeweils am Rückenbereich des C den Zu- bzw. Ablaufstutzen 44, 43 auf. Der Zulauf erfolgt über den Sammelkasten 40 und den Stutzen 44 der Ablauf über den Sammelkasten 39 bzw. Stutzen 43.The collection boxes 40 respectively. 39 are C-shaped and each have at the back of the C the inlet and outlet pipe 44 . 43 on. The inflow takes place via the collecting box 40 and the neck 44 the process via the collecting box 39 or nozzle 43 ,
An den oberen Schenkel des Sammelkastens 40 ist die Hinströmbereich 33a des oberen Strömungskanals 33 angeordnet und steht mit diesem in direkter Fluidkommunikation. Am unteren Schenkel des Sammelkastens 40 ist die Hinströmbereich 33a des zweiten darunter liegenden Strömungskanals 33 angeordnet. An den Sammelkasten 39 ist entsprechend an den oberen Schenkel die Rückströmbereich 33b des oberen Strömungskanals 33 angeordnet, sowie an den unteren Schenkel die Rückströmbereich 33b des unteren Strömungskanals 33.To the upper leg of the collecting tank 40 is the outflow area 33a of the upper flow channel 33 arranged and is in direct fluid communication with this. At the lower leg of the collecting tank 40 is the outflow area 33a of the second underlying flow channel 33 arranged. To the collection box 39 is corresponding to the upper leg of the Rückströmbereich 33b of the upper flow channel 33 arranged, and at the lower leg, the Rückströmbereich 33b of the lower flow channel 33 ,
Die 12b zeigt eine Aufsicht auf die thermoelektrische Vorrichtung 2 der 12a. In 12a ist der Schnitt G-G angedeutet, welcher in 12c gezeigt ist.The 12b shows a plan view of the thermoelectric device 2 of the 12a , In 12a the section GG is indicated, which in 12c is shown.
12c zeigt den Schnitt G-G der 12b. Zu erkennen ist hier wieder der geschichtete Aufbau der thermoelektrischen Vorrichtung 2. Dieser entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der thermoelektrischen Vorrichtung 2, welche in den 11a bis 11f bereits detailliert erklärt wurde. An dieser Stelle wird nur auf die von den 11a abweichenden Sammelkästen eingegangen. 12c shows the section GG the 12b , The layered structure of the thermoelectric device can be seen here again 2 , This corresponds essentially to the structure of the thermoelectric device 2 which in the 11a to 11f already explained in detail. At this point, only on the of the 11a different collection boxes received.
Zu erkennen ist hier insbesondere der bereits in 12a beschriebenen Zusammenhang, wonach jeweils die Hinströmbereich 33a der beiden Strömungskanäle 33 am Sammelkasten 40 angeordnet ist, sowie die Rückströmbereich 33b der beiden Strömungskanäle 33 am Sammelkasten 39 angeordnet ist. Analog sind die Hinströmbereiche 34a der Strömungskanäle 34 mit dem Sammelkasten 42 sowie die Rückströmbereiche 34b mit dem Sammelkasten 41 verbunden.To recognize here is in particular the already in 12a described relationship, according to which each of the inflow 33a the two flow channels 33 at the collecting box 40 is arranged, as well as the Rückströmbereich 33b the two flow channels 33 at the collecting box 39 is arranged. Analogous are the outflow areas 34a the flow channels 34 with the collection box 42 and the Rückströmbereiche 34b with the collection box 41 connected.
Durch die C-förmige Ausgestaltung ist es möglich zwei voneinander unabhängige Sammelkästen auszugestalten, welche durch ihre Formgebung gut ineinander verschachtelbar sind, so dass eine möglichst geringe Bautiefe realisierbar ist.By the C-shaped configuration, it is possible to design two independent collection boxes, which are well nestable by their shape, so that the smallest possible depth can be realized.
Auch die 13a zeigt eine perspektivische Ansicht einer thermoelektrischen Vorrichtung 2. Im Unterschied zu den bisher gezeigten und beschriebenen thermoelektrischen Vorrichtungen 2 weist nun die thermoelektrische Vorrichtung 2 der 13a keine Umlenkung des ersten bzw. zweiten Fluids auf. Dementsprechend durchströmt das erste Fluid die thermoelektrische Vorrichtung 2 der Länge nach von links nach rechts, sowie das zweite Fluid die thermoelektrische Vorrichtung 2 der Länge nach von rechts nach links. Hieraus ergibt sich, dass die seitlich angeordneten Sammelkästen 49 bzw. 50 die jeweils zwei Stutzen 51, 52 sowie 53, 54 aufweisen, jeweils aufgeteilt sind in einen Zulaufstutzen des einen Fluids bzw. Ablaufstutzen des andern Fluids. Nähere Details zum Aufbau der Sammelkästen 49 bzw. 50 folgen in 13b. Also the 13a shows a perspective view of a thermoelectric device 2 , In contrast to the previously shown and described thermoelectric devices 2 now has the thermoelectric device 2 of the 13a no deflection of the first or second fluid. Accordingly, the first fluid flows through the thermoelectric device 2 lengthwise from left to right, as well as the second fluid the thermoelectric device 2 lengthwise from right to left. It follows that the laterally arranged collection boxes 49 respectively. 50 the two nozzles each 51 . 52 such as 53 . 54 have, in each case are divided into an inlet nozzle of a fluid or outlet nozzle of the other fluid. Further details on the construction of the collection boxes 49 respectively. 50 follow in 13b ,
Zwischen den Strömungskanälen 47, durch welche das erste Fluid strömt, bzw. Strömungskanälen 48, durch welche das zweite Fluid strömt, sind auch hier thermoelektrische Module 1 angeordnet. Insgesamt sind in der 13a je zwei Strömungskanäle 47 für das erste Fluid, sowie zwei Strömungskanäle 48 für das zweite Fluid vorgesehen. Zwischen den Strömungskanälen 47, 48 sind insgesamt 6 thermoelektrische Module 1 angeordnet.Between the flow channels 47 through which the first fluid flows, or flow channels 48 through which the second fluid flows are also thermoelectric modules here 1 arranged. Overall, in the 13a two flow channels each 47 for the first fluid, as well as two flow channels 48 provided for the second fluid. Between the flow channels 47 . 48 are a total of 6 thermoelectric modules 1 arranged.
Die 13b zeigt eine Aufsicht auf die in 13a beschriebene thermoelektrische Vorrichtung 2. Zu erkennen ist der obere Strömungskanal 47 des ersten Fluids, sowie die beiden seitlich angeordneten Sammelkästen 49 bzw. 50 sowie die vier Stutzen 51, 52, 53, 54. Im oberen Teil der 13b ist der Schnitt J-J durch den Sammelkasten 49 dargestellt. Aus diesem geht der innere Aufbau der Sammelkästen hervor. Der Sammelkasten 49, welcher im Wesentlichen eine rechteckige Außenkontur aufweist, weist im Inneren eine Trennwand 55 auf, die den Sammelkasten 49 in die zwei inneren Volumen 56 bzw. 57 unterteilt. Die Trennwand 55 verläuft im Sammelkasten 49 so, dass der Sammelkasten 49 im Wesentlichen in zwei C-förmige Bereiche, welche ineinander greifen aufgeteilt ist.The 13b shows a view of the in 13a described thermoelectric device 2 , To recognize is the upper flow channel 47 of the first fluid, as well as the two laterally arranged collection boxes 49 respectively. 50 as well as the four nozzles 51 . 52 . 53 . 54 , In the upper part of the 13b is the cut JJ through the collection box 49 shown. From this the inner structure of the collection boxes emerges. The collection box 49 , which has a substantially rectangular outer contour, has a partition wall inside 55 on that the collecting box 49 in the two inner volumes 56 respectively. 57 divided. The partition 55 runs in the collection box 49 so that the collecting box 49 essentially in two C-shaped areas, which is divided into each other.
Das innere Volumen 56 ist hier bei den Strömungskanälen 47 des ersten Fluids zugeordnet. Das innere Volumen 57 ist den Strömungskanälen 48 des zweiten Fluids zugeordnet.The inner volume 56 is here at the flow channels 47 associated with the first fluid. The inner volume 57 is the flow channels 48 associated with the second fluid.
Der Anschlussstutzen 52 steht mit dem inneren Volumen 56 in direkter Fluidkommunikation. Der Anschlussstutzen 51 entsprechend mit dem inneren Volumen 57.The connecting piece 52 stands with the inner volume 56 in direct fluid communication. The connecting piece 51 corresponding to the internal volume 57 ,
Das erste Fluid fliest also dementsprechend durch den Stutzen 52 in den Sammelkasten 49, über die Strömungskanäle 47 in den Sammelkasten 50 und von dort entsprechend der Aufteilung des Sammelkasten 49 durch den Stutzen 54 aus der thermoelektrischen Vorrichtung 2 heraus.The first fluid thus flows accordingly through the nozzle 52 in the collection box 49 , via the flow channels 47 in the collection box 50 and from there according to the distribution of the collection box 49 through the neck 54 from the thermoelectric device 2 out.
Die 14a zeigt eine weitere perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung 2. Auch die thermoelektrische Vorrichtung 2 der 14a weist keine Umlenkung des Fluids innerhalb der Strömungskanäle auf. Das erste Fluid strömt in den beiden Strömungskanälen 58 von links nach rechts, das zweite Fluid gegengesetzt in den Strömungskanälen 59 von rechts nach links. Seitlich an die Strömungskanäle sind die Sammelkästen 60 bzw. 61 angeschlossen, welche die Anschlussstutzen 62, 63 bzw. 64, 65 aufweisen.The 14a shows a further perspective view of a thermoelectric device according to the invention 2 , Also the thermoelectric device 2 of the 14a has no deflection of the fluid within the flow channels. The first fluid flows in the two flow channels 58 from left to right, the second fluid juxtaposed in the flow channels 59 from right to left. Laterally to the flow channels are the collection boxes 60 respectively. 61 connected, which the connecting pieces 62 . 63 respectively. 64 . 65 exhibit.
Die Strömungskanäle 58 bzw. 59 weisen die gleiche Breite wie der Sammelkasten 60 bzw. 61 auf. Der Anschluss der Strömungskanäle 58 bzw. 59 an die Sammelkästen erfolgt jedoch über Verjüngungsstücke 58a bzw. 58b im Falle des Strömungskanals 58, sowie 59a bzw. 59b im Falle der Strömungskanäle 59. Diese Verjüngungsbereiche 58a, 58b, 59a, 59b führen dazu, dass der Anschluss der Strömungskanäle 58 bzw. 59 nur ungefähr die halbe Breite des Sammelkastens 60 bzw. 61 einnimmt.The flow channels 58 respectively. 59 have the same width as the collection box 60 respectively. 61 on. The connection of the flow channels 58 respectively. 59 but to the headers is done via rejuvenation pieces 58a respectively. 58b in the case of the flow channel 58 , such as 59a respectively. 59b in the case of the flow channels 59 , These rejuvenation areas 58a . 58b . 59a . 59b cause the connection of the flow channels 58 respectively. 59 only about half the width of the collecting tank 60 respectively. 61 occupies.
Die Verjüngungsbereiche sind dabei so gestattet, dass die Strömungskanäle jeweils in den Verjüngungsbereich einsteckbar sind und der Verjüngungsbereich das äußere Ende des Strömungskanals umfasst. Um eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Verjüngungsbereich und dem Strömungskanal herzustellen können die Teile miteinander beispielsweise verlötet oder verschweißt werden.The tapering regions are in this case permitted such that the flow channels can each be inserted into the tapering region and the tapering region comprises the outer end of the flow channel. In order to establish a fluid-tight connection between the tapering region and the flow channel, the parts can be soldered or welded together, for example.
Die thermoelektrische Vorrichtung 2 gemäß der 14a weist sechs thermoelektrische Module 1 auf. Diese sind zwischen den Strömungskanälen 58 bzw. 59 welche abwechselnd aufeinander gestapelt sind angeordnet. Insgesamt weist die thermoelektrische Vorrichtung 2 der 14a zwei Strömungskanäle 58, sowie zwei Strömungskanäle 59 auf.The thermoelectric device 2 according to the 14a has six thermoelectric modules 1 on. These are between the flow channels 58 respectively. 59 which are stacked alternately arranged. Overall, the thermoelectric device has 2 of the 14a two flow channels 58 , as well as two flow channels 59 on.
In alternativen Ausführungsformen kann abweichend zu der Anzahl der Strömungskanäle der hier in 14a gezeigten Anordnung auch eine darüber hinausgehende oder geringere Anzahl von Strömungskanälen in der thermoelektrischen Vorrichtung angeordnet sein. Diese Ausführung gilt analog für die übrigen thermoelektrischen Vorrichtungen der 10 bis 18.In alternative embodiments, different from the number of flow channels of the here in 14a arrangement shown also be arranged beyond or lower number of flow channels in the thermoelectric device. This embodiment applies analogously to the other thermoelectric devices of 10 to 18 ,
Die 14b zeigt im oberen linken Bereich eine Aufsicht auf die thermoelektrische Vorrichtung 2 der 14a. Angedeutet sind hier zum einen der Schnitt I-I, sowie der Schnitt K-K. Der Schnitt K-K verläuft durch den Sammelkasten 60 und ist in 14b unten links dargestellt.The 14b shows in the upper left area a plan view of the thermoelectric device 2 of the 14a , Indicated here are on the one hand the section II, as well as the section KK. The section KK runs through the collecting box 60 and is in 14b shown lower left.
Der im Wesentlichen eine rechteckige Grundform aufweisende Sammelkasten 60 weist im Inneren eine Trennwand 66 auf, welche den Sammelkasten in der Breite in zwei gleichgroße Abschnitte unterteilt und dadurch das innere Volumen 67 bzw. das zweite innere Volumen 68 innerhalb des Sammelkastens 60 bildet. Diese Aufteilung des Sammelkastens gilt analog auch für den Sammelkasten 61. Dem inneren Volumen 68 sind somit die Strömungskanäle 58 zugeordnet. Dem inneren Volumen 67 die Strömungskanäle 59. The essentially a rectangular basic shape having collecting box 60 has a partition inside 66 on, which divides the collection box in width into two equal sections and thereby the internal volume 67 or the second inner volume 68 within the collection box 60 forms. This distribution of the collecting box also applies analogously to the collecting box 61 , The inner volume 68 are thus the flow channels 58 assigned. The inner volume 67 the flow channels 59 ,
Im rechten Bereich der 14b ist der Schnitt I-I dargestellt. Dieser verläuft durch den Stutzen 63, den Sammelkasten 60 durch die Strömungskanäle und dazwischen liegenden thermoelektrische Module, sowie den Sammelkasten 61 und den Stutzen 65.In the right area of the 14b the section II is shown. This runs through the neck 63 , the collection box 60 through the flow channels and intervening thermoelectric modules, as well as the collecting box 61 and the neck 65 ,
Zu erkennen ist hier insbesondere der schichtweise Aufbau der thermoelektrischen Vorrichtung 2 und die Anordnung der thermoelektrischen Module 1 jeweils zwischen einem Strömungskanal 58 für das erste Fluid bzw. 59 für das zweite Fluid. Weiterhin zu erkennen ist die Anbindung der Strömungskanäle 58 über die Verjüngungsbereiche 58a an den Sammelkasten 60 bzw. über die Verjüngungsbereiche 58b an den Sammelkasten 61. Analog die Anbindung der Strömungskanäle 59 über die Verjüngungsbereiche 59a in den Sammelkasten 66 bzw. über die Verjüngungsbereiche 59b an den Sammelkasten 61.To recognize here is in particular the layered structure of the thermoelectric device 2 and the arrangement of the thermoelectric modules 1 each between a flow channel 58 for the first fluid or 59 for the second fluid. Furthermore, it can be seen the connection of the flow channels 58 about the rejuvenation areas 58a to the collection box 60 or about the rejuvenation areas 58b to the collection box 61 , Analogous to the connection of the flow channels 59 about the rejuvenation areas 59a in the collection box 66 or about the rejuvenation areas 59b to the collection box 61 ,
Wie bereits in 14a angedeutet sind die Strömungskanäle 58, 59 in die jeweiligen Verjüngungsbereiche 58a, 58b, 59a, 59b eingesteckt und mit diesem zum Beispiel verlötet oder verschweißt. Ebenso sind die Verjüngungsbereiche in die jeweiligen Sammelkästen eingesteckt und mittels eines Verfahrens wie beispielsweise dem Löten oder dem Schweißen fluiddicht miteinander verbunden.As already in 14a indicated are the flow channels 58 . 59 into the respective rejuvenation areas 58a . 58b . 59a . 59b inserted and soldered or welded with this example. Likewise, the tapering portions are inserted into the respective header boxes and fluidly connected to each other by a method such as brazing or welding.
Der Strömungsweg des ersten Fluides würde dementsprechend durch den Einlassstutzen 63 über den Sammelkasten 60 in den Verjüngungsbereich 58a entlang des Strömungskanals 58 durch den Verjüngungsbereich 58b in den Sammelkasten 61 und schließlich über den Stutzen 65 aus der thermoelektrischen Vorrichtung 2 hinaus erfolgen. Der Strömungspfad des zweiten Fluids erfolgt analog dem beschriebenen Strömungspfad des ersten Fluids in entgegengesetzter Richtung durch die thermoelektrische Vorrichtung 2.The flow path of the first fluid would accordingly through the inlet port 63 over the collecting box 60 in the rejuvenation area 58a along the flow channel 58 through the rejuvenation area 58b in the collection box 61 and finally over the neck 65 from the thermoelectric device 2 take place. The flow path of the second fluid is analogous to the described flow path of the first fluid in the opposite direction through the thermoelectric device 2 ,
Die nun folgenden Figuren beschreiben ebenfalls erfindungsgemäße Ausführungen einer thermoelektrischen Vorrichtung 2. Das Funktionsprinzip der thermoelektrischen Vorrichtung 2 bleibt analog den der bereits vorausgegangenen Figuren. In den nachfolgenden Figuren wird daher nur noch auf konstruktive Besonderheiten der Ausführungsform der jeweiligen thermoelektrischen Vorrichtung 2 eingegangen.The following figures also describe embodiments of a thermoelectric device according to the invention 2 , The operating principle of the thermoelectric device 2 remains analogous to that of the previous figures. In the following figures, therefore, only on design features of the embodiment of the respective thermoelectric device 2 received.
Allen Ausführungsformen gemein ist, dass jeweils abwechselnd ein Strömungskanal des ersten Fluids mit einem Strömungskanal des zweiten Fluids in der thermoelektrischen Vorrichtung angeordnet ist zwischen welchen jeweils die thermoelektrischen Module angeordnet sind. Die in allen Figuren gezeigte Anzahl der Strömungskanäle kann sowohl nach oben als auch nach unten variieren. Ebenso die Anzahl der angeordneten thermoelektrischen Module.Common to all embodiments is that in each case alternately a flow channel of the first fluid is arranged with a flow channel of the second fluid in the thermoelectric device between which each of the thermoelectric modules are arranged. The number of flow channels shown in all figures can vary both upwards and downwards. Likewise, the number of arranged thermoelectric modules.
Die 15a zeigt eine perspektivische Ansicht einer thermoelektrischen Vorrichtung 2. Die 15a weist wieder Strömungskanäle 69 auf, welche aus den zwei Teilbereichen 69a bzw. 69b, sowie einem Umlenkbereich 71 bestehen. Für das zweite Fluid existieren dementsprechend Strömungskanäle 70, welche aus den Teilbereichen 70a, bzw. 70b und dem Umlenkbereich 71 entstehen. Seitlich angeschlossen sind Sammelkästen 72, 73, 74 und 75, welche Anschlussstutzen 76, 77, 78 und 79 aufweisen. Die Sammelkästen 72, 73, 74, 75 weisen an ihrer äußeren Wandungen Sicken 80 auf, welche der Verstärkung der Sammelkästen dient.The 15a shows a perspective view of a thermoelectric device 2 , The 15a again has flow channels 69 on which of the two sections 69a respectively. 69b , as well as a deflection area 71 consist. Accordingly, flow channels exist for the second fluid 70 , which are from the subareas 70a , respectively. 70b and the deflection area 71 arise. Junction boxes are connected to the side 72 . 73 . 74 and 75 , which connecting pieces 76 . 77 . 78 and 79 exhibit. The collection boxes 72 . 73 . 74 . 75 have beads on their outer walls 80 on which the reinforcement of the collecting tanks is used.
Die 15b zeigt im linken Bereich eine Aufsicht auf die in 15a beschriebene thermoelektrische Vorrichtung 2. Außerdem ist in dieser Figur der Schnitt P-P angedeutet. Zu erkennen ist in der Aufsicht insbesondere der Aufbau der seitlich angeordneten Sammelkästen. Die Sammelkästen 72 und 73 sind hier aus einem Blechteil geformt.The 15b shows in the left area a view of the in 15a described thermoelectric device 2 , In addition, the section PP is indicated in this figure. In particular, the structure of the laterally arranged collection boxes can be seen in the plan view. The collection boxes 72 and 73 are formed here from a sheet metal part.
Die äußeren Enden des Blechteils wurden so nach innen gebogen und in der Mitte flächig aneinander angelegt, dass die Kontur des Bleches der eines B folgt. Der mittige Bereich in dem die beiden Enden des Bleches aneinander angelegt sind, ist mit der Rückwand der Sammelkästen in einer fluiddichten Weise verbunden. Der Aufbau der Sammelkästen 74, 75 Ist dem analog. Dem Sammelkasten 72 ist der Hinströmbereich 69a, dem Sammelkasten 73 die Rückströmbereich 69b des Strömungskanals 69 zugeordnet. Analog dazu ist dem Sammelkasten 74 die Hinströmbereich 70a, dem Sammelkasten 75 die Rückströmbereich 70b des Strömungskanals 70 zugeordnet.The outer ends of the sheet metal part were bent inwards and placed flat against each other in the middle so that the contour of the sheet follows that of a B. The central region in which the two ends of the sheet are abutted against each other is connected to the rear wall of the header boxes in a fluid-tight manner. The construction of the collection boxes 74 . 75 Is this analog. The collection box 72 is the outflow area 69a , the collection box 73 the return flow area 69b of the flow channel 69 assigned. Analogous to this is the collection box 74 the outflow area 70a , the collection box 75 the return flow area 70b of the flow channel 70 assigned.
Im rechten Teil der 15b ist der Schnitt P-P dargestellt. Zu erkennen ist hier insbesondere der Aufbau der Sammelkästen 73 bzw. 75 welche aus einem gebogenen Blechteil analog der Beschreibung des linken Teils der 15b aufgebaut sind.In the right part of the 15b the section PP is shown. To recognize here is in particular the structure of the collection boxes 73 respectively. 75 which from a bent sheet metal part analogous to the description of the left part of the 15b are constructed.
Die Ober- bzw. Unterseite der Sammelkästen ist durch zusätzliche Bleche, welche ebenfalls in einem fluiddichten Verbindungsverfahren an die Sammelkästen angefügt sind, gebildet. Die nach innen zu den Strömungskanälen 85, 86 gerichtete Wand der Sammelkästen weist mehrere Ausnehmungen auf, in welche die Strömungskanäle 69, 70 entsprechend der Zuordnung zu den einzelnen Sammelkästen eingesteckt werden können. Diese sind zu Erreichung einer fluiddichten Verbindung ebenfalls mit den Sammelkästen 72, 73, 74, 75 verbunden.The top and bottom of the headers is by additional sheets, which also in a fluid-tight connection method to the Collecting boxes are attached, formed. The inward to the flow channels 85 . 86 directed wall of the manifolds has a plurality of recesses, in which the flow channels 69 . 70 can be inserted according to the assignment to the individual headers. These are to achieve a fluid-tight connection also with the collection boxes 72 . 73 . 74 . 75 connected.
Weiterhin weist diese Innenwand der Sammelkästen 72, 73, 74, 75 Aussparrungen auf, in welche die Umlenkbereiche 71 des jeweils gegenüber liegenden Strömungskanals eingesteckt werden können. Dies dient der Stabilisierung des gesamten Pakets aus Strömungskanälen, sowie den dazwischen liegenden thermoelektrischen Modulen 1.Furthermore, this inner wall of the collecting tanks 72 . 73 . 74 . 75 Aussparrungen on, in which the deflection areas 71 of each opposite flow channel can be inserted. This serves to stabilize the entire package of flow channels, as well as the intermediate thermoelectric modules 1 ,
Analog der anderen thermoelektrischen Vorrichtungen 2 sind auch hier thermoelektrische Module 1 zwischen den Strömungskanälen 69, 70 geschichtet. Zwischen den einzelnen thermoelektrischen Modulen 1 sind Distanzelemente 81 eingebracht, welche ein Verrutschen der thermoelektrischen Module 1 zwischen den Strömungskanälen 69, 70 verhindern. Zwischen den jeweils äußeren thermoelektrischen Modulen 1 und den Sammelkästen 72, 73, 74, 75 sind ebenfalls Distanzelemente 81 eingebracht.Analogous to the other thermoelectric devices 2 are also here thermoelectric modules 1 between the flow channels 69 . 70 layered. Between the individual thermoelectric modules 1 are spacers 81 introduced, which slipping of the thermoelectric modules 1 between the flow channels 69 . 70 prevent. Between the respective outer thermoelectric modules 1 and the collection boxes 72 . 73 . 74 . 75 are also spacers 81 brought in.
Die Strömungskanäle 69 bzw. 70 sind in der hier gezeigten Ausführungsform jeweils aus zwei Blechhälften 84a, 84b aufgebaut.The flow channels 69 respectively. 70 are in the embodiment shown here in each case of two sheet metal halves 84a . 84b built up.
Beispielhaft ist nun der Aufbau eines Strömungskanals 69 erklärt. Der Strömungskanal 69 besteht aus einer oberen Hälfte 84a, sowie einer unteren Hälfte 84b. Die obere Hälfte 84a bzw. untere Hälfte 84b sind im Wesentlichen baugleiche Teile. Der Querschnitt eines Strömungskanals 69 entspricht im Wesentlichen denen in 7d gezeigten Querschnitt.An example is the structure of a flow channel 69 explained. The flow channel 69 consists of an upper half 84a , as well as a lower half 84b , The upper half 84a or lower half 84b are essentially identical parts. The cross section of a flow channel 69 is essentially the same as in 7d cross section shown.
Die Ober- bzw. Unterteile 84a, 84b des Strömungskanals 69 können über ein geeignetes Verfahren, welches eine fluiddichte Verbindung der beiden Hälften zulässt, miteinander verbunden werden. Beispielsweise könnten die Obere Hälfte 84a und untere Hälfte 84b miteinander verlötet oder verschweißt werden.The upper and lower parts 84a . 84b of the flow channel 69 can be connected to each other via a suitable method, which allows a fluid-tight connection of the two halves. For example, the upper half could 84a and lower half 84b soldered or welded together.
Die 16a zeigt wieder eine perspektivische Ansicht einer thermoelektrischen Vorrichtung 2. Ähnlich der bereits in 15 beschriebenen thermoelektrischen Vorrichtung sind hier die Strömungskanäle 85, welche aus einem Hinströmbereich 85a und Rückströmbereich 85b sowie einer Umlenkstelle 91 bestehen, aus zwei Blechteilen aufgebaut. Auch hier sind das Ober- und das Unterteil im Wesentlichen identisch. Dies dient einer einfacheren Herstellung und senkt zudem die Kosten für benötigte Werkzeuge.The 16a again shows a perspective view of a thermoelectric device 2 , Similar to the already in 15 described thermoelectric device here are the flow channels 85 , which from a Hinströmbereich 85a and return flow area 85b as well as a deflection point 91 consist of two sheet metal parts. Again, the upper and lower parts are essentially identical. This simplifies manufacturing and also reduces the cost of tools needed.
Abweichend zu dem in 15 gezeigten Aufbau sind nun die Sammelkästen direkt in die Bleche der Strömungskanäle 85, 86 integriert. Näheres hierzu in 16b.Notwithstanding the in 15 shown construction are now the collection boxes directly into the sheets of the flow channels 85 . 86 integrated. For details see 16b ,
Die Strömungskanäle 85, 86 für das erste bzw. für das zweite Fluid sind identisch aufgebaut und lediglich um 180° zueinander verdreht.The flow channels 85 . 86 for the first and for the second fluid are constructed identically and only rotated by 180 ° to each other.
Die 15b zeigt im linken Bereich eine Aufsicht auf die thermoelektrische Vorrichtung 2 der 16a. Zu erkennen ist hier insbesondere, dass die Strömungskanäle 85 des ersten Fluids bzw. 86 des zweiten Fluids zwar ineinander verschachtelt sind, jedoch sich nicht komplett überdecken, sondern einen seitlichen Versatz zueinander aufweisen.The 15b shows in the left area a plan view of the thermoelectric device 2 of the 16a , It can be seen here in particular that the flow channels 85 the first fluid or 86 Although the second fluid are interleaved, but not completely overlap, but have a lateral offset to each other.
Dies liegt darin begründet, dass die Sammelkästen der Strömungskanäle 85, 86 jeweils in den Strömungskanal 85, 86 direkt integriert sind. Der rechte Teil der 16b zeigt den Schnitt O-O. Zu erkennen ist hier insbesondere der Aufbau der einzelnen Strömungskanäle 85, 86 zum Beispiel des Strömungskanals 85 aus einem oberen Blechteil 92a bzw. einen unteren Blechteil 92b, welche im Wesentlichen baugleich sind. Innerhalb des Strömungskanals 85 sind Turbulenzeinlagen 93 angedeutet, welche die Strömung entsprechend günstig beeinflussen. Zwischen den Strömungskanälen 85 bzw. 86 sind auch hier thermoelektrische Module 1 angeordnet, welche durch Distanzelemente 93a zueinander beabstandet sind.This is due to the fact that the collection boxes of the flow channels 85 . 86 each in the flow channel 85 . 86 are directly integrated. The right part of the 16b shows the section OO. In particular, the structure of the individual flow channels can be seen here 85 . 86 for example, the flow channel 85 from an upper sheet metal part 92a or a lower sheet metal part 92b , which are essentially identical. Within the flow channel 85 are turbulence inserts 93 indicated, which influence the flow accordingly low. Between the flow channels 85 respectively. 86 are also here thermoelectric modules 1 arranged, which by spacer elements 93a spaced apart from each other.
Die Sammelkästen sind jeweils durch zylindrische Ausformungen des oberen Blechteils 92a und des unteren Blechteils 92b realisiert, welche jeweils an die Ausformung des darunter liegenden Strömungskanals 85, 86 angeschlossen sind und ein innerer Durchstich diese ausgeformten Bereiche der einzelnen Strömungskanäle 85, 86 miteinander verbindet. Auf diese Weise sind die Strömungskanäle 85 miteinander zu einem geschlossenen Fluidkreislauf verbunden, sowie die Strömungskanäle 86 auf der gegenüberliegenden Seite der thermoelektrischen Vorrichtung. An das jeweils oberste Oberteil 92a des Strömungskanals 85 bzw. Strömungskanals 86 sind die Anschlussstutzen 87, 88 im Falle des Strömungskanals 85 bzw. die Anschlussstutzen 89, 90 im Falle des Strömungskanals 86 angebunden.The headers are each by cylindrical shapes of the upper sheet metal part 92a and the lower sheet metal part 92b realized, which in each case to the shape of the underlying flow channel 85 . 86 are connected and an internal puncture these shaped areas of the individual flow channels 85 . 86 connects with each other. In this way are the flow channels 85 connected together to form a closed fluid circuit, as well as the flow channels 86 on the opposite side of the thermoelectric device. To the uppermost upper part 92a of the flow channel 85 or flow channel 86 are the connecting pieces 87 . 88 in the case of the flow channel 85 or the connecting pieces 89 . 90 in the case of the flow channel 86 tethered.
Die Anschlussstutzen bestehen aus einem im unteren Bereich aufgestauchten Rohr, welche in den Durchstich der Strömungskanäle 85, 86 eingesetzt sind und fluiddicht mit diesem Verbunden sind. Das erste Fluid kann so durch den Anschlussstutzen 88 in den durch die Ausbuchtung der Strömungskanäle 85 gebildeten Sammelkasten einströmen und durch den Hinströmbereich 85a über den Umlenkbereich 91 entlang den Rückströmbereich 85b in den Sammelkasten über den Anschlussstutzen 87a aus der thermoelektrischen Vorrichtung 2 abfließen.The connecting pieces consist of a tube that has been pushed up in the lower area and which penetrates the flow channels 85 . 86 are used and fluid-tight connected with this. The first fluid can thus through the connecting piece 88 in through the bulge of the flow channels 85 formed collecting tank and through the Hinströmbereich 85a over the deflection area 91 along the return flow area 85b in the Collecting box via the connecting piece 87a from the thermoelectric device 2 flow away.
Analog kann das zweite Fluid durch den Stutzen 90 in den Sammelkasten einfließen, dort über den Hinströmbereich 86a entlang des Umlenkbereichs 91 über den Rückströmbereich 86b durch den Sammelkasten über den Anschlussstutzen 89 wieder abfließen.Similarly, the second fluid through the nozzle 90 into the collection box, there over the outflow area 86a along the deflection area 91 over the return flow area 86b through the collecting box via the connecting piece 89 drain again.
Die 17a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer thermoelektrischen Vorrichtung 2. Die Strömungskanäle 94 bzw. 102 sind analog der 11 und 12 ausgebildet. Wie bereits in 11 sind jeweils zwei Strömungskanäle 94 bzw. 102 parallel nebeneinander angeordnet. Die Umlenkung erfolgt in vertikaler Richtung um 180°.The 17a shows a further embodiment of a thermoelectric device 2 , The flow channels 94 respectively. 102 are analogous to 11 and 12 educated. As already in 11 each are two flow channels 94 respectively. 102 arranged parallel to each other. The deflection takes place in the vertical direction by 180 °.
Die 17b zeigt im linken Bereich ebenfalls eine Aufsicht auf die thermoelektrische Vorrichtung 2 der 17a. Seitlich an der thermoelektrischen Vorrichtung 2 sind wiederum Sammelkästen 96 bzw. 97 angeordnet, die jeweils zwei Anschlussstutzen 98, 99 bzw. 100 und 101 aufweisen. Im rechten Bereich der 17b ist der Schnitt N-N dargestellt. Hier ist besonders der Aufbau analog der 11 bzw. 12 der Strömungskanäle 94 bzw. 102 zu erkennen. Zwischen den Strömungskanälen 94 und 102 sind entsprechend thermoelektrische Module 1 angeordnet, welche über Distanzelemente 95 zueinander beabstandet sind. Die Strömungskästen 96 bzw. 97 sind hier als Blechteile ausgeführt und weisen in ihrem Inneren ebenfalls eine Trennwand 104 auf, welche den Sammelkasten im Inneren in zwei innere Volumen 105 bzw. 106 unterteilt. Die grundsätzlich rechteckige Form der Sammelkästen wird hierdurch wieder in zwei c-förmige Bereiche, welche ineinander greifen, unterteilt.The 17b also shows a plan view of the thermoelectric device in the left area 2 of the 17a , Laterally on the thermoelectric device 2 in turn are collection boxes 96 respectively. 97 arranged, each two connecting pieces 98 . 99 respectively. 100 and 101 exhibit. In the right area of the 17b the section NN is shown. Here is especially the structure analogous to 11 respectively. 12 the flow channels 94 respectively. 102 to recognize. Between the flow channels 94 and 102 are accordingly thermoelectric modules 1 arranged, which via spacers 95 spaced apart from each other. The flow boxes 96 respectively. 97 are here designed as sheet metal parts and have in their interior also a partition 104 on which the collecting box inside is in two inner volumes 105 respectively. 106 divided. The basically rectangular shape of the headers is hereby again divided into two c-shaped areas, which interlock.
Dies ist besonders in 17c, welche eine Seitenansicht eines geöffneten Sammelkastens 96 zeigt zu erkennen. Außerdem ist zu erkennen, dass in den Strömungskanälen 94, 102 Turbulenzeinlagen 103 angeordnet sind.This is especially in 17c showing a side view of an open collection box 96 shows to recognize. It can also be seen that in the flow channels 94 . 102 turbulence inserts 103 are arranged.
Die Anschlussstutzen 98, 99, 100 bzw. 101 weisen im vom Sammelkasten 96, 97 abgewandten Bereich einen kreisrunden Anschlussbereich auf, welcher sich dann in einen langlochartigen Bereich verjüngt. Diese Formänderung ist der Konstruktion und den Platzverhältnissen innerhalb des Sammelkastens geschuldet. Die langlochartigen Anschlussbereiche der Anschlussstutzen 98, 99, 100, 101 sind vertikal angeordnet an den Sammelkasten 96, 97 angeschlossen.The connecting pieces 98 . 99 . 100 respectively. 101 point in from the collecting box 96 . 97 facing away from a circular connection area, which then tapers into a slot-like area. This change in shape is due to the construction and the space within the collecting tank. The slot-like connection areas of the connecting pieces 98 . 99 . 100 . 101 are arranged vertically at the collecting box 96 . 97 connected.
Die 18a zeigt ein letztes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße thermoelektrische Vorrichtung 2. Die Strömungskanäle 111 bzw. 113 sind auch hier wieder geschichtet aufeinander angeordnet mit entsprechenden thermoelektrischen Modulen 1 zwischen den Strömungskanälen 111 bzw. 113. Die Strömungskanäle 111, welche dem ersten Fluid zugeordnet sind, weisen einen Aufbau analog in 16 bereits beschriebenen Aufbau auf.The 18a shows a final embodiment of a thermoelectric device according to the invention 2 , The flow channels 111 respectively. 113 are again layered on top of each other with corresponding thermoelectric modules 1 between the flow channels 111 respectively. 113 , The flow channels 111 , which are associated with the first fluid, have a structure analogous in 16 already described construction.
Entsprechend sind die Sammelkästen der Strömungskanäle 111 durch die Blechbauteile der Strömungskanäle 111 selbst realisiert. Die Strömungskanäle 111 weisen untereinander einen Durchstich auf, welcher die drei übereinander angeordneten Strömungskanäle miteinander verbindet. Weiterhin weist der obere Strömungskanal 111 zwei Anschlussstutzen 108 bzw. 109 auf, welche nach oben hin aus der thermoelektrischen Vorrichtung herausführen. Der Strömungskanal 111 ist wieder aufgeteilt in den Hinströmbereich 111a, den Umlenkbereichs 112, sowie den Rückströmbereich 111b.Accordingly, the collection boxes of the flow channels 111 through the sheet metal components of the flow channels 111 self-realized. The flow channels 111 have a puncture on each other, which connects the three flow channels arranged one above the other. Furthermore, the upper flow channel 111 two connecting pieces 108 respectively. 109 which lead upwards out of the thermoelectric device. The flow channel 111 is again divided into the outflow area 111 , the deflection area 112 , as well as the Rückströmbereich 111b ,
Das Fluid fließt dementsprechend über den Anschlussstutzen 108 im Inneren der Strömungskanäle 111 gebildeten Sammelkasten durch den Strömungskanal 111 zum gegenüberliegenden Sammelkasten und durch den Anschlussstutzen 109 aus dem Strömungskanal 111 hinaus.The fluid flows accordingly through the connection piece 108 inside the flow channels 111 formed collecting tank through the flow channel 111 to the opposite header and through the connecting piece 109 from the flow channel 111 out.
Abweichend zu dem bisher gezeigten Bauformen sind nun die Strömungskanäle 113 für das zweite Fluid von denen der Strömungskanäle 111 für das erste Fluid abweichend.Deviating from the designs shown so far are now the flow channels 113 for the second fluid of those of the flow channels 111 deviating for the first fluid.
In der 18a gezeigten Ausführungsform handelt es sich konkret um eine thermoelektrische Vorrichtung 2, welcher als zweites Fluid mit Abgas beaufschlagt wird und als erstes Fluid mit einem Kühlmittel, welches zum Beispiel in einem Fluidkreislauf eines Kraftfahrzeugs geführt wird. Die Strömungskanäle 113 durch welche das zweite Fluid, in dem Fall das Abgas eines Verbrennungsmotors, strömt werden über den Anschlussstutzen 107 bzw. 106 mit dem zweiten Fluid beaufschlagt. Die Anschlussstutzen 106 bzw. 107 bilden dabei gleichzeitig den Sammelkasten aus, welcher das zweite Fluid auf die Strömungskanäle 113 verteilt.In the 18a Concretely, the embodiment shown is a thermoelectric device 2 which is acted upon as the second fluid with exhaust gas and as a first fluid with a coolant, which is guided for example in a fluid circuit of a motor vehicle. The flow channels 113 through which the second fluid, in this case the exhaust gas of an internal combustion engine, flows via the connecting piece 107 respectively. 106 acted upon by the second fluid. The connecting pieces 106 respectively. 107 At the same time form the collection box, which the second fluid on the flow channels 113 distributed.
Analog dem Strömungskanal 111 weist auch der Strömungskanal 113 die drei Bereiche 113a als Hinströmbereich, den Bereich 112 als Umlenkbereich, sowie den Rückströmbereich 113b auf. Die beiden Anschlussstutzen 106 bzw. 107 sind an ihrem einen Ende kreisrund zylindrisch und leiten über in eine rechteckige Grundfläche. An diese rechteckige Grundfläche sind die Strömungskanäle 113 angebunden. Dies bringt insbesondere den Vorteil mit sich, dass die kreisrunden Abgasleitungen, welche gewöhnlich in einem Abgastrakt verbaut werden, direkt an die thermoelektrische Vorrichtung angeschlossen werden können.Analogous to the flow channel 111 also has the flow channel 113 the three areas 113a as outflow area, the area 112 as deflection area, as well as the return flow area 113b on. The two connecting pieces 106 respectively. 107 are circular cylindrical at one end and lead over into a rectangular base. At this rectangular base are the flow channels 113 tethered. This has the particular advantage that the circular exhaust pipes, which are usually installed in an exhaust tract, can be connected directly to the thermoelectric device.
Im Unterschied zu den Anschlussstutzen 108, 109 des ersten Fluids, welche von oben an die thermoelektrische Vorrichtung 2 heranführen, sind die Anschlussstutzen 106 und 107 seitlich an die thermoelektrische Vorrichtung 2 hineingeführt. An den Anschlussstutzen 107 ist eine Rohrleitung 110 angeschlossen, welche über einen Umlenkbereich um 180° umgelenkt wird. In contrast to the connecting pieces 108 . 109 of the first fluid, which from above to the thermoelectric device 2 are the connecting pieces 106 and 107 laterally to the thermoelectric device 2 ushered. To the connecting piece 107 is a pipeline 110 connected, which is deflected over a deflection by 180 °.
Um die Stabilität der gesamten thermoelektrischen Vorrichtung 2 weiter zu erhöhen sind in den obersten Strömungskanal 111, sowie den untersten Strömungskanal 111, seitlich Federelemente 115 eingehängt, welche eine Zugkraft ausüben, die eine Pressung innerhalb des Stapels zwischen den Strömungskanälen 111 bzw. 113 und den dazwischen liegenden thermoelektrischen Modulen 1 erzeugt. Beispielhaft sind in der Ausführung der 18a vier Federelemente angedeutet.To the stability of the entire thermoelectric device 2 further increase are in the topmost flow channel 111 , as well as the lowest flow channel 111 , lateral spring elements 115 mounted, which exert a tensile force, the pressure within the stack between the flow channels 111 respectively. 113 and the intermediate thermoelectric modules 1 generated. Exemplary are in the execution of 18a four spring elements indicated.
Die 18b zeigt im linken Bereich eine Aufsicht auf die in 18a beschriebene thermoelektrische Vorrichtung 2. Besonders gut zu erkennen ist hier die Abführung der Anschlussstutzen 108 und 109 nach oben hin, sowie die Zuführung des zweiten Fluids, seitlich an die thermoelektrische Vorrichtung 2 heran. Ebenso ist der Verlauf der Rohrleitung 110, welche parallel zur thermoelektrischen Vorrichtung 2 hin erfolgt, sowie dem in der Rohrleitung 110 integrierten Umlenkbereich zu erkennen. Auch ist der Übergang der Anschlussstutzen 106, 107 von ihrer kreisrunden Anschlussform an der der thermoelektrischen Vorrichtung 2 abgewandten Seite zu ihrer rechteckigen Grundform an der der thermoelektrischen Vorrichtung 2 zugewandten Seite zuerkennen.The 18b shows in the left area a view of the in 18a described thermoelectric device 2 , Particularly well to recognize here is the discharge of the connecting piece 108 and 109 towards the top, as well as the supply of the second fluid, laterally to the thermoelectric device 2 approach. Likewise, the course of the pipeline 110 , which are parallel to the thermoelectric device 2 out, as well as in the pipeline 110 to recognize integrated deflection. Also, the transition of the connecting piece 106 . 107 from its circular terminal shape to that of the thermoelectric device 2 opposite side to its rectangular basic shape of the thermoelectric device 2 recognize facing side.
Im rechten Bereich der 18b ist der Schnitt entlang der Schnittebene M-M dargestellt. Hier ist noch einmal der schichtweise Aufbau der thermoelektrischen Vorrichtung 2 zu erkennen. Außerdem der Aufbau der Strömungskanäle 111 entsprechend den der 16 mit dem innerhalb der Strömungskanäle ausgebildeten Sammelkasten und den nach oben abführenden Anschlussstutzen 108. Es ist weiterhin zu erkennen, dass der Anschlussstutzen 106 eine zur thermoelektrischen Vorrichtung 2 gerichtete Wand aufweist, welche zwei Aussparrungen für die Strömungskanäle 113 aufweist.In the right area of the 18b the section along the cutting plane MM is shown. Here again is the layered structure of the thermoelectric device 2 to recognize. In addition, the structure of the flow channels 111 according to the 16 with the collection box formed within the flow channels and the upwardly discharging connection piece 108 , It can also be seen that the connecting piece 106 one to the thermoelectric device 2 directed wall, which two Aussparrungen for the flow channels 113 having.
Da es sich bei dem Fluid, welches die Strömungskanäle 113 durchströmt in hoher Wahrscheinlichkeit um einen Abgasstrom handelt, ist es ratsam für die Materialwahl der Rohrleitung 110, der Anschlussstutzen 106 bzw. 107, sowie des Strömungskanals 113 ein Material zu wählen, welches insbesondere den hohen Temperaturen im Abgasstrang, sowie den Belastungen durch die chemischen Eigenschaften des Abgases widerstehen kann.Because it is in the fluid, which the flow channels 113 flows through a high probability of an exhaust gas flow, it is advisable for the choice of material of the pipeline 110 , the connecting piece 106 respectively. 107 , as well as the flow channel 113 to choose a material that can withstand especially the high temperatures in the exhaust system, as well as the pollution by the chemical properties of the exhaust gas.
Die Materialwahl für die Strömungskanäle 111 des ersten Fluids, welches im Regelfall ein Kältemittel ist, welches innerhalb des Kraftfahrzeugs in einem Fluidkreislauf zirkuliert sind entsprechend so auszulegen, dass eine Unbedenklichkeit hinsichtlich der chemischen Eigenschaften des Kältemittels besteht.The choice of material for the flow channels 111 of the first fluid, which is usually a refrigerant which circulates within the motor vehicle in a fluid circuit are to be interpreted accordingly so that there is no harm in terms of the chemical properties of the refrigerant.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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EP 1230475 B1 [0007] EP 1230475 B1 [0007]
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EP 1475532 A2 [0007] EP 1475532 A2 [0007]
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WO 2007026432 [0007] WO 2007026432 [0007]
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JP 10281015 AA [0007] JP 10281015 AA [0007]
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JP 2000282960 AA [0007] JP 2000282960 AA [0007]
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JP 2004068608 AA [0007] JP 2004068608 AA [0007]
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JP 2005083251 AA [0007] JP 2005083251 AA [0007]
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JP 2005117836 AA [0007] JP 2005117836 AA [0007]
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DE 102009058676 A1 [0008] DE 102009058676 A1 [0008]
